Zapewnia związek komórki z otoczeniem. Interakcja komórki z otoczeniem. Naruszenie dostaw energii do komórki

KOMÓRKA

tkanka nabłonkowa.

RODZAJE TKANIN.

STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI KOMÓRKI.

WYKŁAD №2.

1. Budowa i podstawowe właściwości komórki.

2. Pojęcie tkanek. Rodzaje tkanin.

3. Budowa i funkcje tkanki nabłonkowej.

4. Rodzaje nabłonka.

Cel: poznanie struktury i właściwości komórki, rodzajów tkanek. Przedstaw klasyfikację nabłonka i jego lokalizację w ciele. Być w stanie odróżnić tkankę nabłonkową przez cechy morfologiczne z innych tkanek.

1. Komórka to elementarny żywy system, podstawa struktury, rozwoju i życia wszystkich zwierząt i roślin. Nauka o komórce to cytologia (greckie cytos - komórka, logos - nauka). Zoolog T. Schwanna w 1839 roku jako pierwszy sformułował teorię komórkową: komórka jest podstawową jednostką strukturalną wszystkich żywych organizmów, komórki zwierząt i roślin mają podobną budowę, poza komórką nie ma życia. Komórki istnieją jako niezależne organizmy (pierwotniaki, bakterie) oraz jako część organizmów wielokomórkowych, w których znajdują się komórki płciowe służące do rozmnażania oraz komórki ciała (somatyczne), różniące się budową i funkcjami (nerwowe, kostne, wydzielnicze itp. ).Wielkości ludzkich komórek wahają się od 7 mikronów (limfocyty) do 200-500 mikronów (jaja kobiety, gładkie miocyty).Każda komórka zawiera białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe, ATP, sole mineralne i wodę. Z substancji nieorganicznych komórka zawiera najwięcej wody (70-80%), z białek organicznych (10-20%).Główne części komórki to: jądro, cytoplazma, błona komórkowa (cytolemma).

NUCLEUS CYTOPLAZMA CYTOLEMMA

Nukleoplazma - hialoplazma

1-2 jąderka - organelle

Chromatyna (retikulum endoplazmatyczne)

kompleks Kölji

centrum komórki

mitochondria

lizosomy

specjalny cel)

Włączenia.

Jądro komórki znajduje się w cytoplazmie i jest od niej oddzielone jądrową

powłoka - nukleolema. Służy jako miejsce dla genów

Główny chemiczny którym jest DNA. Jądro reguluje procesy kształtowania się komórki i wszystkich jej funkcji życiowych. Nukleoplazma zapewnia interakcję różnych struktur jądrowych, jąderka biorą udział w syntezie białek komórkowych i niektórych enzymów, chromatyna zawiera chromosomy z genami przenoszącymi dziedziczność.

Hyaloplazma (grecki hyalos - szkło) - główna plazma cytoplazmy,

jest prawdziwym środowiskiem wewnętrznym komórki. Ona jednoczy wszystko ultrastruktury komórkowe(jądro, organelle, inkluzje) i zapewnia ich wzajemne oddziaływanie chemiczne.

Organelle (organelle) to trwałe ultrastruktury cytoplazmy, które pełnią określone funkcje w komórce. Obejmują one:

1) retikulum endoplazmatyczne - system rozgałęzionych kanałów i jam utworzonych przez podwójne błony związane z błoną komórkową. Na ściankach kanałów znajdują się maleńkie ciałka - rybosomy, które są ośrodkami syntezy białek;

2) kompleks K. Golgiego lub wewnętrzny aparat siatkowy ma siatki i zawiera wakuole o różnych rozmiarach (łac. Vacuum - pusty), uczestniczy w funkcji wydalniczej komórek i tworzeniu lizosomów;

3) centrum komórki - cytocentrum składa się z kulistego gęstego ciała - centrosfery, wewnątrz której leżą 2 gęste ciała - centriole, połączone mostem. Znajduje się bliżej jądra, bierze udział w podziale komórek, zapewniając równomierny rozkład chromosomów między komórkami potomnymi;

4) mitochondria (gr. mitos – nitka, chondros – ziarno) wyglądają jak ziarna, patyki, nitki. Przeprowadzają syntezę ATP.

5) lizosomy – pęcherzyki wypełnione enzymami regulującymi

procesy metaboliczne w komórce i mają aktywność trawienną (fagocytarną).

6) organelle specjalnego przeznaczenia: miofibryle, neurofibryle, tonofibryle, rzęski, kosmki, wici, pełniące określoną funkcję komórki.

Wtrącenia cytoplazmatyczne są formacjami nietrwałymi w postaci

granulki, krople i wakuole zawierające białka, tłuszcze, węglowodany, pigment.

Błona komórkowa - cytolemma, czyli plazmolemma, osłania komórkę od powierzchni i oddziela ją od otoczenia. Jest półprzepuszczalny i reguluje wnikanie substancji do komórki i ich wychodzenie z niej.

Substancja międzykomórkowa znajduje się między komórkami. W niektórych tkankach jest płynny (na przykład we krwi), podczas gdy w innych składa się z substancji amorficznej (bez struktury).

Każda żywa komórka ma następujące podstawowe właściwości:

1) metabolizm lub metabolizm (główna istotna właściwość),

2) wrażliwość (drażliwość);

3) zdolność do reprodukcji (autoreprodukcja);

4) zdolność do wzrostu, tj. wzrost wielkości i objętości struktur komórkowych oraz samej komórki;

5) umiejętność rozwoju, tj. nabycie przez komórkę określonych funkcji;

6) wydzielina, tj. uwalnianie różnych substancji;

7) ruch (leukocyty, histiocyty, plemniki)

8) fagocytoza (leukocyty, makrofagi itp.).

2. Tkanka to układ komórek o podobnym pochodzeniu, budowie i funkcjach. Skład tkanek obejmuje również płyn tkankowy i produkty przemiany materii komórek. Doktryna tkanek nazywana jest histologią (gr. histos - tkanka, logos - nauczanie, nauka) Zgodnie z charakterystyką budowy, funkcji i rozwoju wyróżnia się następujące rodzaje tkanek:

1) nabłonkowy lub powłokowy;

2) łączny (tkanki środowiska wewnętrznego);

3) muskularny;

4) nerwowy.

Szczególne miejsce w ludzkim ciele zajmuje krew i limfa - płynna tkanka pełniąca funkcje oddechowe, troficzne i ochronne.

W ciele wszystkie tkanki są ściśle powiązane morfologicznie.

i funkcjonalne. Związek morfologiczny wynika z faktu, że różne

nye tkanki są częścią tych samych narządów. połączenie funkcjonalne

przejawia się w tym, że aktywność różnych tkanek tworzących

organów, uzgodniono.

Komórkowe i niekomórkowe elementy tkanek w procesie życia

czynności zużywają się i umierają (degeneracja fizjologiczna)

i wyzdrowieć (regeneracja fizjologiczna). Po uszkodzeniu

przywracane są również tkanki (regeneracja naprawcza).

Jednak ten proces nie jest taki sam dla wszystkich tkanek. Nabłonkowy

naya, regeneracja tkanki łącznej, mięśni gładkich i komórek krwi

ryczeć dobrze. tkanka mięśni poprzecznie prążkowanych zostaje przywrócona

tylko pod pewnymi warunkami. są przywracane w tkance nerwowej

tylko włókna nerwowe. Podział komórki nerwowe w ciele osoby dorosłej

osoba nie została zidentyfikowana.

3. Tkanka nabłonkowa (nabłonek) to tkanka, która pokrywa powierzchnię skóry, rogówkę oka, a także wyściela wszystkie wnęki ciała, wewnętrzną powierzchnię pustych narządów przewodu pokarmowego, oddechowego, moczowo-płciowego systemów, jest częścią większości gruczołów ciała. W związku z tym istnieje nabłonek powłokowy i gruczołowy.

Nabłonek powłokowy, będący tkanką graniczną, wykonuje:

1) funkcja ochronna, chroniąca leżące poniżej tkanki przed różnymi wpływami zewnętrznymi: chemicznymi, mechanicznymi, zakaźnymi.

2) metabolizm organizmu z środowisko, pełniące funkcje wymiany gazowej w płucach, wchłaniania w jelicie cienkim, wydalania produktów przemiany materii (metabolitów);

3) stworzenie warunków dla ruchomości narządów wewnętrznych w jamach surowiczych: serce, płuca, jelita itp.

Nabłonek gruczołowy pełni funkcję wydzielniczą, czyli tworzy i wydziela określone produkty – tajemnice, które są wykorzystywane w procesach zachodzących w organizmie.

Pod względem morfologicznym tkanka nabłonkowa różni się od innych tkanek organizmu następujące znaki:

1) zawsze zajmuje pozycję graniczną, ponieważ znajduje się na granicy zewnętrznego i wewnętrznego środowiska ciała;

2) jest to warstwa komórek - nabłonków, które mają nierówny kształt i strukturę w różnych typach nabłonka;

3) między komórkami nabłonka a komórkami nie ma substancji międzykomórkowej

połączone ze sobą poprzez różne kontakty.

4) komórki nabłonkowe znajdują się na membrana piwnicy(płytka o grubości około 1 mikrona, przez którą jest oddzielona od leżącej poniżej tkanki łącznej. Błona podstawna składa się z substancji amorficznej i struktur włóknistych;

5) komórki nabłonkowe mają polarność, tj. sekcje podstawne i wierzchołkowe komórek mają inną strukturę;

6) nabłonek nie zawiera naczyń krwionośnych, więc odżywianie komórek

przeprowadzane przez dyfuzję składników odżywczych przez błonę podstawną z leżących poniżej tkanek;

7) obecność tonofibryli - nitkowatych struktur, które dają siłę komórkom nabłonkowym.

4. Istnieje kilka klasyfikacji nabłonka, które opierają się na różnych cechach: pochodzeniu, budowie, funkcjach.Spośród nich najbardziej rozpowszechniona jest klasyfikacja morfologiczna, uwzględniająca stosunek komórek do błony podstawnej i ich kształt na wolna wierzchołkowa (łac. apex - top) część warstwy nabłonkowej . Ta klasyfikacja odzwierciedla strukturę nabłonka, w zależności od jego funkcji.

Jednowarstwowy nabłonek płaski jest reprezentowany w organizmie przez śródbłonek i mezotelium. Śródbłonek wyściela naczynia krwionośne, naczynia limfatyczne i komory serca. Mezotelium pokrywa błony surowicze jamy otrzewnej, opłucnej i osierdzia. Pojedyncza warstwa nabłonka prostopadłościennego stanowi część kanalików nerkowych, przewodów wielu gruczołów i małych oskrzeli. Jednowarstwowy pryzmatyczny nabłonek ma błonę śluzową żołądka, jelita cienkiego i grubego, macicy, jajowodów, pęcherzyka żółciowego, wielu przewodów wątroby, trzustki, części

Kanały nerkowe. W narządach, w których zachodzą procesy wchłaniania, komórki nabłonkowe mają granicę ssącą złożoną z dużej liczby mikrokosmków. Jednowarstwowy wielorzędowy nabłonek rzęskowy wyściela drogi oddechowe: jamę nosową, nosogardło, krtań, tchawicę, oskrzela itp.

Nabłonek wielowarstwowy płaskonabłonkowy niezrogowaciały pokrywa zewnętrzną powierzchnię rogówki oka oraz błony śluzowej jamy ustnej i przełyku.Nabłonek wielowarstwowy płaski zrogowaciały tworzy warstwę powierzchniową rogówki i nazywa się ją naskórkiem. Nabłonek przejściowy jest typowy dla narządów moczowych: miedniczki nerkowej, moczowodów, pęcherza moczowego, których ściany ulegają znacznemu rozciągnięciu po napełnieniu moczem.

Gruczoły zewnątrzwydzielnicze wydzielają swój sekret do jamy narządów wewnętrznych lub na powierzchnię ciała. Zwykle mają przewody wydalnicze. Gruczoły dokrewne nie mają przewodów i wydzielają wydzieliny (hormony) do krwi lub limfy.

Teoria do zadania 5 z egzaminu z biologii

Struktura komórkowa. Związek struktury i funkcji części i organelli komórki jest podstawą jej integralności

Struktura komórkowa

Struktura komórek prokariotycznych i eukariotycznych

Głównymi składnikami strukturalnymi komórek są błona plazmatyczna, cytoplazma i aparat dziedziczny. W zależności od cech organizacji rozróżnia się dwa główne typy komórek: prokariotyczne i eukariotyczne. Główną różnicą między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi jest organizacja ich aparatu dziedzicznego: u prokariotów znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie (ten obszar cytoplazmy nazywa się nukleoid) i nie jest od niego oddzielony przez struktury błonowe, podczas gdy u eukariontów większość DNA jest skoncentrowana w jądrze, otoczonym podwójną błoną. Ponadto informacja genetyczna komórek prokariotycznych znajdujących się w nukleoidzie jest zapisywana w kolistej cząsteczce DNA, podczas gdy u eukariotów cząsteczki DNA nie są zamknięte.

W przeciwieństwie do eukariontów cytoplazma komórek prokariotycznych zawiera również niewielką ilość organelli, natomiast komórki eukariotyczne charakteryzują się znaczną różnorodnością tych struktur.

Struktura i funkcje błon biologicznych

Struktura biomembrany. Błony wiążące komórki i organelle błonowe komórek eukariotycznych mają wspólny skład chemiczny i strukturę. Zawierają lipidy, białka i węglowodany. Lipidy błonowe są reprezentowane głównie przez fosfolipidy i cholesterol. Większość białek błonowych to białka złożone, takie jak glikoproteiny. Węglowodany nie występują samodzielnie w błonie, są związane z białkami i lipidami. Grubość membran wynosi 7-10 nm.

Zgodnie z obecnie akceptowanym modelem struktury błony płynnej mozaiki, lipidy tworzą podwójną warstwę, czyli dwuwarstwa lipidowa, w którym hydrofilowe „głowy” cząsteczek lipidów są zwrócone na zewnątrz, a hydrofobowe „ogony” są ukryte wewnątrz błony. Te „ogony” ze względu na swoją hydrofobowość zapewniają oddzielenie faz wodnych środowiska wewnętrznego komórki i jej środowiska. Białka są powiązane z lipidami poprzez różnego rodzaju interakcje. Część białek znajduje się na powierzchni błony. Takie białka nazywają się peryferyjny, lub powierzchowny. Inne białka są częściowo lub całkowicie zanurzone w błonie - są to całka, lub białka zanurzone. Białka błonowe pełnią funkcje strukturalne, transportowe, katalityczne, receptorowe i inne.

Błony nie są jak kryształy, ich składniki są w ciągłym ruchu, w wyniku czego między cząsteczkami lipidów powstają szczeliny - pory, przez które różne substancje mogą wnikać lub opuszczać komórkę.

Błony biologiczne różnią się umiejscowieniem w komórce, składem chemicznym i funkcjami. Główne typy błon to plazma i wewnętrzna. błona plazmatyczna zawiera około 45% lipidów (w tym glikolipidy), 50% białka i 5% węglowodanów. Nad powierzchnią błony wystają łańcuchy węglowodanów, które tworzą złożone białka-glikoproteiny i złożone lipidy-glikolipidy. Glikoproteiny osoczowe są niezwykle specyficzne. Na przykład dzięki nim następuje wzajemne rozpoznawanie komórek, w tym plemników i komórek jajowych.

Na powierzchni komórek zwierzęcych łańcuchy węglowodanowe tworzą cienką warstwę powierzchniową - glikokaliks. Został znaleziony w prawie wszystkich komórkach zwierzęcych, ale jego nasilenie nie jest takie samo (10-50 mikronów). Glikokaliks zapewnia bezpośrednie połączenie komórki ze środowiskiem zewnętrznym, zachodzi w niej trawienie zewnątrzkomórkowe; receptory znajdują się w glikokaliksie. Komórki bakterii, roślin i grzybów, oprócz plazmalemmy, są również otoczone błonami komórkowymi.

Membrany wewnętrzne komórki eukariotyczne wyznaczają różne części komórki, tworząc rodzaj „przedziałów” - przegródki, który przyczynia się do rozdzielenia różnych procesów przemiany materii i energii. Mogą różnić się składem chemicznym i funkcjami, ale zachowują ogólny plan konstrukcji.

Funkcje membrany:

1. Ograniczanie. Polega na tym, że oddzielają wewnętrzną przestrzeń komórki od środowiska zewnętrznego. Błona jest półprzepuszczalna, to znaczy tylko te substancje, które są niezbędne dla komórki, mogą ją swobodnie przezwyciężyć, podczas gdy istnieją mechanizmy transportu niezbędnych substancji.
2. Chwytnik. Wiąże się to przede wszystkim z percepcją sygnałów otoczenia i przekazywaniem tej informacji do komórki. Za tę funkcję odpowiadają specjalne białka receptorowe. Białka błonowe są również odpowiedzialne za rozpoznawanie komórkowe zgodnie z zasadą „przyjaciel lub wróg”, a także za tworzenie połączeń międzykomórkowych, z których najbardziej zbadanymi są synapsy komórek nerwowych.
3. katalityczny. Na błonach znajdują się liczne kompleksy enzymatyczne, w wyniku czego zachodzą na nich intensywne procesy syntetyczne.
4. Transformacja energii. Związany z tworzeniem energii, jej magazynowaniem w postaci ATP oraz wydatkami.
5. Kompartmentalizacja. Błony ograniczają również przestrzeń wewnątrz komórki, oddzielając w ten sposób początkowe substancje reakcji i enzymy, które mogą przeprowadzić odpowiednie reakcje.
6. Tworzenie kontaktów międzykomórkowych. Pomimo tego, że grubość membrany jest tak mała, że ​​nie można jej odróżnić gołym okiem, z jednej strony stanowi dość niezawodną barierę dla jonów i cząsteczek, zwłaszcza rozpuszczalnych w wodzie, a z drugiej zapewnia ich przenoszenie do komórki i na zewnątrz.
7. Transport.

transport membranowy. Ze względu na to, że komórki, jako elementarne układy biologiczne, są układami otwartymi, aby zapewnić metabolizm i energię, utrzymać homeostazę, wzrost, drażliwość i inne procesy, wymagany jest transfer substancji przez błonę - transport błonowy. Obecnie transport substancji przez błonę komórkową dzieli się na aktywny, pasywny, endo- i egzocytozę.

Transport pasywny to rodzaj transportu, który odbywa się bez wydatkowania energii z wyższego stężenia do niższego. Rozpuszczalne w tłuszczach małe niepolarne cząsteczki (O 2, CO 2) łatwo przenikają do komórki przez prosta dyfuzja. Nierozpuszczalne w lipidach, w tym naładowane małe cząstki, są wychwytywane przez białka nośnikowe lub przechodzą przez specjalne kanały (glukoza, aminokwasy, K+, PO 4 3-). Tego rodzaju transport pasywny nazywa ułatwiona dyfuzja. Woda dostaje się do komórki przez pory w fazie lipidowej, a także przez specjalne kanały wyłożone białkami. Transport wody przez błonę nazywa się osmoza.

Osmoza jest niezwykle ważna w życiu komórki, ponieważ jeśli zostanie umieszczona w roztworze o wyższym stężeniu soli niż w roztworze komórkowym, wówczas woda zacznie opuszczać komórkę, a objętość żywej zawartości zacznie się zmniejszać . W komórkach zwierzęcych komórka jako całość kurczy się, a w komórkach roślinnych cytoplazma pozostaje w tyle za ścianą komórkową, co nazywa się plazmoliza. Gdy komórka zostanie umieszczona w roztworze mniej stężonym niż cytoplazma, woda jest transportowana w przeciwnym kierunku – do komórki. Istnieją jednak ograniczenia rozciągliwości cyto błona plazmatyczna, a komórka zwierzęca ostatecznie pęka, podczas gdy w komórce roślinnej nie jest to możliwe ze względu na silną ścianę komórkową. Nazywa się zjawisko wypełniania całej przestrzeni wewnętrznej komórki treścią komórkową deplazmoliza. Podczas przygotowywania leków, zwłaszcza do podawania dożylnego, należy wziąć pod uwagę wewnątrzkomórkowe stężenie soli, ponieważ może to prowadzić do uszkodzenia komórek krwi (w tym celu stosuje się roztwór soli o stężeniu 0,9% chlorku sodu). Jest to nie mniej ważne w hodowli komórek i tkanek, a także narządów zwierząt i roślin.

transport aktywny postępuje z wydatkowaniem energii ATP z niższego stężenia substancji do wyższego. Odbywa się to za pomocą specjalnych pomp białkowych. Białka pompują jony K +, Na +, Ca 2+ i inne przez błonę, co przyczynia się do transportu najważniejszych substancji organicznych, a także pojawiania się impulsów nerwowych itp.

Endocytoza- jest to aktywny proces wchłaniania substancji przez komórkę, w którym błona tworzy wgłębienia, a następnie tworzy pęcherzyki błonowe - fagosomy, które zawierają wchłonięte przedmioty. Pierwotny lizosom łączy się następnie z fagosomem, tworząc lizosom wtórny, lub fagolizosom, lub wakuola przewodu pokarmowego. Zawartość pęcherzyka jest rozszczepiana przez enzymy lizosomalne, a produkty rozszczepienia są wchłaniane i przyswajane przez komórkę. Niestrawione pozostałości są usuwane z komórki przez egzocytozę. Istnieją dwa główne typy endocytozy: fagocytoza i pinocytoza.

Fagocytoza jest procesem wychwytywania przez powierzchnię komórki i wchłaniania cząstek stałych przez komórkę, oraz pinocytoza- płyny. Fagocytoza występuje głównie w komórkach zwierzęcych (zwierzęta jednokomórkowe, ludzkie leukocyty), zapewnia ich odżywienie, a często ochronę organizmu. Na drodze pinocytozy dochodzi do wchłaniania białek, kompleksów antygen-przeciwciało w procesie reakcji immunologicznych itp. Jednak wiele wirusów wnika również do komórki na drodze pinocytozy lub fagocytozy. W komórkach roślin i grzybów fagocytoza jest praktycznie niemożliwa, ponieważ są otoczone silnymi błonami komórkowymi.

Egzocytoza to odwrotny proces endocytozy. W ten sposób niestrawione resztki pokarmowe są uwalniane z wakuoli trawiennych, usuwane są substancje niezbędne do życia komórki i organizmu jako całości. Na przykład transmisja impulsów nerwowych następuje z powodu uwolnienia przekaźników chemicznych przez neuron, który wysyła impuls - mediatorzy, aw komórkach roślinnych w ten sposób uwalniane są pomocnicze węglowodany błony komórkowej.

Ściany komórkowe komórek roślinnych, grzybów i bakterii. Poza błoną komórka może wydzielać mocny szkielet - Błona komórkowa, lub Ściana komórkowa.

W roślinach ściana komórkowa składa się z celuloza pakowane w wiązki po 50-100 cząsteczek. Przerwy między nimi wypełnione są wodą i innymi węglowodanami. Błonę komórki roślinnej przebijają kanaliki - plazmodesmata przez które przechodzą błony retikulum endoplazmatycznego. Plasodesmaty transportują substancje między komórkami. Jednak transport substancji, takich jak woda, może również zachodzić wzdłuż samych ścian komórkowych. Z biegiem czasu w błonie komórkowej roślin gromadzą się różne substancje, w tym garbniki czy substancje tłuszczopodobne, co prowadzi do zdrewniania lub korkowania samej ściany komórkowej, wypierania wody i obumierania zawartości komórek. Pomiędzy ścianami komórkowymi sąsiednich komórek roślinnych znajdują się żelowate podkładki - środkowe płytki, które łączą je ze sobą i cementują ciało rośliny jako całość. Są niszczone dopiero w procesie dojrzewania owoców i opadania liści.

Powstają ściany komórkowe komórek grzybów chityna- węglowodan zawierający azot. Są wystarczająco silne i stanowią zewnętrzny szkielet komórki, ale nadal, podobnie jak u roślin, zapobiegają fagocytozie.

U bakterii ściana komórkowa zawiera węglowodan z fragmentami peptydów - murein jednak jego zawartość różni się znacznie w różnych grupach bakterii. Na wierzchu ściany komórkowej mogą być również uwalniane inne polisacharydy, tworząc śluzówkę, która chroni bakterie przed wpływami zewnętrznymi.

Powłoka determinuje kształt komórki, służy jako podpora mechaniczna, pełni funkcję ochronną, zapewnia komórce właściwości osmotyczne, ograniczając rozciąganie żywej zawartości i zapobiegając pękaniu komórki, które nasila się na skutek napływu woda. Ponadto woda i rozpuszczone w niej substancje pokonują ścianę komórkową przed wejściem do cytoplazmy lub odwrotnie, gdy ją opuszczają, podczas gdy woda jest transportowana wzdłuż ścian komórkowych szybciej niż przez cytoplazmę.

Cytoplazma

Cytoplazma to wnętrze komórki. Zanurzone są w niej wszystkie organelle komórki, jądro i różne produkty przemiany materii.

Cytoplazma łączy ze sobą wszystkie części komórki, zachodzą w niej liczne reakcje metaboliczne. Cytoplazma jest oddzielona od środowiska i podzielona na przedziały błonami, to znaczy komórki mają strukturę błonową. Może występować w dwóch stanach - zol i żel. Sol- jest to półpłynny, galaretowaty stan cytoplazmy, w którym procesy życiowe przebiegają najintensywniej, oraz żel- gęstszy, galaretowaty stan, który utrudnia przepływ reakcji chemicznych i transport substancji.

Nazywa się płynną część cytoplazmy bez organelli hialoplazma. Hialoplazma lub cytozol to roztwór koloidalny, w którym znajduje się rodzaj zawiesiny dość dużych cząstek, takich jak białka, otoczonych dipolami cząsteczek wody. Sedymentacja tej zawiesiny nie występuje ze względu na to, że mają one ten sam ładunek i odpychają się nawzajem.

Organelle

Organelle- Są to stałe elementy komórki, które pełnią określone funkcje.

W zależności od cech strukturalnych dzielą się na membranowe i niemembranowe. Membrana z kolei organelle określane są jako jednobłonowe (retikulum endoplazmatyczne, kompleks Golgiego i lizosomy) lub dwubłonowe (mitochondria, plastydy i jądro). Bez membrany organelle to rybosomy, mikrotubule, mikrofilamenty i centrum komórkowe. Spośród wymienionych organelli tylko rybosomy są nieodłączne dla prokariontów.

Budowa i funkcje jądra. Jądro- duża dwubłonowa organella leżąca w środku komórki lub na jej obwodzie. Rozmiar jądra może wahać się w granicach 3-35 mikronów. Kształt jądra jest częściej kulisty lub elipsoidalny, ale zdarzają się również jądra pręcikowe, wrzecionowate, fasolkowate, płatkowe, a nawet segmentowe. Niektórzy badacze uważają, że kształt jądra odpowiada kształtowi samej komórki.

Większość komórek ma jedno jądro, ale na przykład w komórkach wątroby i serca mogą być dwa, a w wielu neuronach - do 15. Włókna mięśni szkieletowych zwykle zawierają wiele jąder, ale nie są to komórki w pełnym tego słowa znaczeniu słowo, ponieważ powstają w wyniku fuzji kilku komórek.

Rdzeń jest otoczony koperta jądrowa, a jego wnętrze jest wypełnione sok jądrowy, lub nukleoplazma (karioplazma) w których są zanurzone chromatyna oraz jąderko. Jądro pełni tak ważne funkcje, jak przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych, a także kontrola aktywności życiowej komórki.

Rola jądra w przekazywaniu informacji dziedzicznych została przekonująco udowodniona w eksperymentach na panewkach zielonych alg. W jednej gigantycznej komórce, osiągającej długość 5 cm, wyróżnia się kapelusz, nogę i kłącze. Ponadto zawiera tylko jedno jądro zlokalizowane w ryzoidzie. W latach 30. I. Hemmerling przeszczepił jądro jednego gatunku panewki o kolorze zielonym do ryzoidu innego gatunku, o kolorze brązowym, z którego usunięto jądro. Po pewnym czasie roślina z przeszczepionym jądrem wyrosła nową czapeczkę, podobną do dawcy jądra alg. W tym samym czasie kapelusz lub łodyga oddzielona od ryzoidu, która nie zawierała jądra, po pewnym czasie obumarła.

koperta jądrowa Tworzą go dwie membrany - zewnętrzna i wewnętrzna, pomiędzy którymi znajduje się przestrzeń. Przestrzeń międzybłonowa komunikuje się z wnęką szorstkiej retikulum endoplazmatycznego, a zewnętrzna błona jądra może przenosić rybosomy. Otoczka jądrowa jest przesiąknięta licznymi porami, otoczonymi specjalnymi białkami. Przez pory transportowane są substancje: niezbędne białka(w tym enzymy), opuszczają go jony, nukleotydy i inne substancje oraz cząsteczki RNA, białka odpadowe, podjednostki rybosomów. Tak więc funkcjami otoczki jądrowej są oddzielanie zawartości jądra od cytoplazmy, a także regulacja metabolizmu między jądrem a cytoplazmą.

Nukleoplazma zwana zawartością jądra, w którym zanurzona jest chromatyna i jąderko. Jest to roztwór koloidalny, chemicznie przypominający cytoplazmę. Enzymy nukleoplazmy katalizują wymianę aminokwasów, nukleotydów, białek itp. Nukleoplazma jest połączona z hialoplazmą przez pory jądrowe. Funkcje nukleoplazmy, podobnie jak hialoplazmy, polegają na zapewnieniu połączenia wszystkich elementów strukturalnych jądra i realizacji szeregu reakcji enzymatycznych.

chromatyna zwany zestawem cienkich nici i granulek zanurzonych w nukleoplazmie. Można go wykryć tylko przez barwienie, ponieważ współczynniki załamania chromatyny i nukleoplazmy są w przybliżeniu takie same. Nazywa się włóknisty składnik chromatyny euchromatyna i granularny heterochromatyna. Euchromatyna jest słabo zagęszczona, ponieważ odczytuje się z niej informacje dziedziczne, podczas gdy bardziej spiralizowana heterochromatyna jest genetycznie nieaktywna.

Chromatyna to strukturalna modyfikacja chromosomów w niedzielącym się jądrze. Tak więc chromosomy są stale obecne w jądrze, tylko ich stan zmienia się w zależności od funkcji, jaką w danym momencie pełni jądro.

W skład chromatyny wchodzą głównie nukleoproteiny (deoksyrybonukleoproteiny i rybonukleoproteiny), a także enzymy, z których najważniejsze są związane z syntezą kwasów nukleinowych oraz niektóre inne substancje.

Funkcje chromatyny polegają po pierwsze na syntezie specyficznych dla danego organizmu kwasów nukleinowych, które kierują syntezą określonych białek, a po drugie na przenoszeniu właściwości dziedzicznych z komórki macierzystej do komórek potomnych, dla których znajdują się nici chromatyny. pakowane w chromosomy podczas podziału.

jąderko- kulisty korpus, dobrze widoczny pod mikroskopem o średnicy 1-3 mikronów. Powstaje w regionach chromatyny, które kodują informacje o strukturze rRNA i białek rybosomalnych. Jąderko w jądrze jest często jedno, ale w komórkach, w których zachodzą intensywne procesy życiowe, mogą występować dwa lub więcej jąderek. Funkcje jąder to synteza rRNA i składanie podjednostek rybosomów poprzez łączenie rRNA z białkami pochodzącymi z cytoplazmy.

Mitochondria- organelle dwubłonowe o kształcie okrągłym, owalnym lub w kształcie pręcika, chociaż występują również w kształcie spirali (w plemnikach). Mitochondria mają do 1 µm średnicy i do 7 µm długości. Przestrzeń wewnątrz mitochondriów wypełniona jest macierzą. Matryca Jest główną substancją mitochondriów. Zanurzona jest w nim okrągła cząsteczka DNA i rybosomy. Zewnętrzna błona mitochondriów jest gładka i nieprzepuszczalna dla wielu substancji. Wewnętrzna membrana ma wyrostki - Cristae, które zwiększają powierzchnię membran do zachodzenia reakcji chemicznych. Na powierzchni błony znajdują się liczne kompleksy białkowe tworzące tzw. łańcuch oddechowy, a także grzybkowate enzymy syntetazy ATP. W mitochondriach zachodzi tlenowy etap oddychania, podczas którego syntetyzuje się ATP.

plastydy- duże organelle dwubłonowe, charakterystyczne tylko dla komórek roślinnych. Wewnętrzna przestrzeń plastydów jest wypełniona stroma, lub matryca. W zrębie występuje mniej lub bardziej rozwinięty system pęcherzyków błonowych - tylakoidy, które są gromadzone w stosach - ziarna, a także własną kolistą cząsteczkę DNA i rybosomy. Istnieją cztery główne typy plastydów: chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty i proplastydy.

Chloroplasty- To zielone plastydy o średnicy 3-10 mikronów, wyraźnie widoczne pod mikroskopem. Występują tylko w zielonych częściach roślin – liściach, młodych pędach, kwiatach i owocach. Chloroplasty mają przeważnie kształt owalny lub elipsoidalny, ale mogą też mieć kształt miseczek, spirali, a nawet płatków. Liczba chloroplastów w komórce wynosi średnio od 10 do 100 sztuk. Jednak np. u niektórych alg może to być jeden, mieć znaczny rozmiar i złożony kształt - wtedy nazywa się to chromatofor. W innych przypadkach liczba chloroplastów może sięgać kilkuset, a ich wielkość jest niewielka. Kolor chloroplastów wynika z głównego pigmentu fotosyntezy - chlorofil, chociaż zawierają dodatkowe pigmenty - karotenoidy. Karotenoidy stają się zauważalne dopiero jesienią, kiedy chlorofil w starzejących się liściach ulega zniszczeniu. Główną funkcją chloroplastów jest fotosynteza. Jasne reakcje fotosyntezy zachodzą na błonach tylakoidów, na których osadzone są cząsteczki chlorofilu, a ciemne reakcje zachodzą w zrębie, który zawiera liczne enzymy.

Chromoplasty to żółte, pomarańczowe i czerwone plastydy zawierające pigmenty karotenoidowe. Kształt chromoplasty może również znacznie się różnić: są rurkowate, kuliste, krystaliczne itp. Chromoplasty nadają kolor kwiatom i owocom roślin, przyciągając zapylacze i rozpraszacze nasion i owoców.

leukoplasty- Są to plastydy białe lub bezbarwne, najczęściej okrągłe lub owalne. Są powszechne w niefotosyntetycznych częściach roślin, takich jak skórka liści, bulwy ziemniaka itp. Magazynują składniki odżywcze, najczęściej skrobię, ale w niektórych roślinach mogą to być białka lub olej.

Plastydy powstają w komórkach roślinnych z proplastidów, które są już obecne w komórkach. tkanina edukacyjna i są małymi dwubłonowymi ciałami. Na wczesnych etapach rozwoju różne rodzaje plastydy mogą zamieniać się w siebie: pod wpływem światła leukoplasty bulwy ziemniaka i chromoplasty korzenia marchwi stają się zielone.

Plastydy i mitochondria nazywane są półautonomicznymi organellami komórkowymi, ponieważ mają własne cząsteczki DNA i rybosomy, przeprowadzają syntezę białek i dzielą się niezależnie od podziału komórki. Cechy te tłumaczy się pochodzeniem od jednokomórkowych organizmów prokariotycznych. Jednak „niezależność” mitochondriów i plastydów jest ograniczona, ponieważ ich DNA zawiera zbyt mało genów do wolna egzystencja, reszta informacji jest zakodowana w chromosomach jądra, co pozwala mu kontrolować te organelle.

Retikulum endoplazmatyczne (ER), lub retikulum endoplazmatyczne (ER), jest organellą jednobłonową, która jest siecią wnęk i kanalików błonowych, zajmujących do 30% zawartości cytoplazmy. Średnica kanalików ER wynosi około 25-30 nm. Istnieją dwa rodzaje EPS - szorstki i gładki. Szorstki XPS przenosi rybosomy i jest miejscem syntezy białek. Gładki EPS pozbawiony rybosomów. Jego funkcją jest synteza lipidów i węglowodanów oraz transport, magazynowanie i usuwanie substancji toksycznych. Jest szczególnie rozwijany w tych komórkach, w których zachodzą intensywne procesy metaboliczne, na przykład w komórkach wątroby - hepatocytach - i włóknach mięśni szkieletowych. Substancje syntetyzowane w EPS są transportowane do aparatu Golgiego. W ER montuje się również błony komórkowe, ale ich tworzenie jest zakończone w aparacie Golgiego.

Aparat Golgiego, lub kompleks Golgiego, jest organellą jednobłonową utworzoną przez system splecionych z nich płaskich cystern, kanalików i pęcherzyków. Jednostką strukturalną aparatu Golgiego jest dyktjosom- stos zbiorników, z których na jednym biegunie pochodzą substancje z ER, a z przeciwnego bieguna, po przejściu pewnych przekształceń, są pakowane w bąbelki i wysyłane do innych części komórki. Średnica zbiorników to około 2 mikrony, a małe bąbelki to około 20-30 mikronów. Główne funkcje kompleksu Golgiego to synteza niektórych substancji i modyfikacja (zmiana) białek, lipidów i węglowodanów pochodzących z EPS, ostateczne tworzenie błon, a także transport substancji przez komórkę, odnowa jego struktury i tworzenie lizosomów. Aparat Golgiego otrzymał swoją nazwę na cześć włoskiego naukowca Camilla Golgiego, który jako pierwszy odkrył ten organoid (1898).

Lizosomy- małe organelle jednobłonowe o średnicy do 1 mikrona, które zawierają enzymy hydrolityczne biorące udział w trawieniu wewnątrzkomórkowym. Błony lizosomów są słabo przepuszczalne dla tych enzymów, więc wykonywanie ich funkcji przez lizosomy jest bardzo dokładne i ukierunkowane. Biorą więc czynny udział w procesie fagocytozy, tworząc wakuole trawienne, a w przypadku wygłodzenia lub uszkodzenia niektórych części komórki trawią je bez wpływu na inne. Ostatnio odkryto rolę lizosomów w procesach śmierci komórki.

Vacuole- wnęka w cytoplazmie komórek roślinnych i zwierzęcych, ograniczona błoną i wypełniona płynem. W komórkach pierwotniaków znajdują się wakuole trawienne i kurczliwe. Te pierwsze biorą udział w procesie fagocytozy, rozkładając składniki odżywcze. Te ostatnie zapewniają utrzymanie równowagi wodno-solnej dzięki osmoregulacji. U zwierząt wielokomórkowych występują głównie wakuole przewodu pokarmowego.

W komórkach roślinnych wakuole są zawsze obecne, są otoczone specjalną błoną i wypełnione sokiem komórkowym. Błona otaczająca wakuolę jest podobna pod względem składu chemicznego, struktury i funkcji do błony plazmatycznej. sok komórkowy stanowi wodny roztwór różnych substancji nieorganicznych i organicznych, w tym soli mineralnych, kwasów organicznych, węglowodanów, białek, glikozydów, alkaloidów itp. Wakuola może zajmować do 90% objętości komórki i przesuwać jądro na obwód. Ta część komórki pełni funkcje magazynujące, wydalnicze, osmotyczne, ochronne, lizosomalne i inne, ponieważ gromadzi składniki odżywcze i produkty przemiany materii, zapewnia zaopatrzenie w wodę oraz utrzymuje kształt i objętość komórki, a także zawiera enzymy rozkładające wiele składniki komórki. Ponadto substancje biologicznie czynne zawarte w wakuolach mogą uniemożliwić wielu zwierzętom zjedzenie tych roślin. W wielu roślinach, z powodu pęcznienia wakuoli, wzrost komórek następuje poprzez rozciąganie.

Wakuole są również obecne w komórkach niektórych grzybów i bakterii, ale u grzybów pełnią jedynie funkcję osmoregulacji, natomiast u sinic utrzymują pływalność i uczestniczą w procesach pobierania azotu z powietrza.

Rybosomy- małe organelle bezbłonowe o średnicy 15-20 mikronów, składające się z dwóch podjednostek - dużej i małej. Eukariotyczne podjednostki rybosomów są składane w jąderku, a następnie transportowane do cytoplazmy. Rybosomy prokariontów, mitochondriów i plastydów są mniejsze niż u eukariontów. Podjednostki rybosomów obejmują rRNA i białka.

Liczba rybosomów w komórce może sięgać kilkudziesięciu milionów: w cytoplazmie, mitochondriach i plastydach są one w stanie wolnym, a na szorstkim ER są w stanie związanym. Biorą udział w syntezie białek, w szczególności przeprowadzają proces translacji - biosyntezy łańcucha polipeptydowego na cząsteczce mRNA. Na wolnych rybosomach syntetyzuje się białka hialoplazmy, mitochondriów, plastydów oraz własne białka rybosomów, natomiast na rybosomach przyłączonych do szorstkiego ER białka ulegają translacji w celu wydalenia z komórek, złożenia błon, utworzenia lizosomów i wakuoli.

Rybosomy mogą być zlokalizowane w hialoplazmie pojedynczo lub połączone w grupy z jednoczesną syntezą kilku łańcuchów polipeptydowych na jednym mRNA. Te grupy rybosomów nazywają się polirybosomy, lub polisomy.

mikrotubule- Są to cylindryczne puste organelle bez błony, które penetrują całą cytoplazmę komórki. Ich średnica wynosi około 25 nm, grubość ścianki to 6-8 nm. Składają się z wielu cząsteczek białka. tubulina, które najpierw tworzą 13 pasm przypominających kulki, a następnie łączą się w mikrotubulę. Mikrotubule tworzą siateczkę cytoplazmatyczną, która nadaje komórce kształt i objętość, łączy błonę komórkową z innymi częściami komórki, zapewnia transport substancji przez komórkę, bierze udział w ruchu komórek i składników wewnątrzkomórkowych, a także w podziale materiału genetycznego. Są częścią centrum komórkowego i organelli ruchu - wici i rzęsek.

mikrofilamenty, lub mikrofilamenty, są również organellami niebłonowymi, jednak mają kształt nitkowaty i są utworzone nie przez tubulinę, ale aktynom. Biorą udział w procesach transportu błonowego, rozpoznawania międzykomórkowego, podziału cytoplazmy komórki oraz w jej ruchu. W komórkach mięśniowych oddziaływanie mikrofilamentów aktynowych z włóknami miozyny zapewnia skurcz.

Mikrotubule i mikrofilamenty tworzą wewnętrzny szkielet komórki cytoszkielet. Jest to złożona sieć włókien, które zapewniają mechaniczne wsparcie błony komórkowej, determinują kształt komórki, położenie organelli komórkowych i ich ruch podczas podziału komórki.

Centrum komórkowe- organelle niebłonowe zlokalizowane w komórkach zwierzęcych w pobliżu jądra; jest nieobecny w komórkach roślinnych. Jego długość wynosi około 0,2-0,3 µm, a średnica 0,1-0,15 µm. Centrum komórki składa się z dwóch centriole leżeć nawzajem płaszczyzny prostopadłe, oraz promienna kula z mikrotubul. Każda centriola składa się z dziewięciu grup mikrotubul, zebranych w trójki, czyli trojaczki. Centrum komórkowe bierze udział w tworzeniu mikrotubul, podziale materiału dziedzicznego komórki, a także w tworzeniu wici i rzęsek.

Organelle ruchu. Wici oraz rzęsy są wyrostkami komórek pokrytych plazmalemą. Organelle te opierają się na dziewięciu parach mikrotubul położonych na obwodzie i dwóch wolnych mikrotubulach w centrum. Mikrotubule są połączone różnymi białkami, które zapewniają ich skoordynowane odchylenie od osi - oscylację. Wahania są zależne od energii, to znaczy energia wiązań makroergicznych ATP jest zużywana na ten proces. Przywrócenie utraconych wici i rzęsek jest funkcją podstawowe ciała, lub kinetosomy znajduje się u ich podstawy.

Długość rzęsek wynosi około 10-15 nm, a długość wici 20-50 mikronów. Ze względu na ściśle ukierunkowane ruchy wici i rzęsek odbywa się nie tylko ruch zwierząt jednokomórkowych, plemników itp., ale także oczyszczane są drogi oddechowe, jajo przemieszcza się przez jajowody, ponieważ wszystkie te części człowieka ciało pokryte jest nabłonkiem rzęskowym.

Inkluzje

Inkluzje- są to nietrwałe składniki komórki, które powstają i zanikają w trakcie jej życiowej aktywności. Należą do nich zarówno substancje rezerwowe, na przykład ziarna skrobi lub białka w komórkach roślin, granulki glikogenu w komórkach zwierząt i grzybów, wolutyna w bakteriach, krople tłuszczu we wszystkich typach komórek oraz produkty odpadowe, w szczególności niestrawione resztki żywności fagocytozy, tworząc tzw. ciała resztkowe.

Związek struktury i funkcji części i organelli komórki jest podstawą jej integralności

Każda z części komórki z jednej strony jest odrębną strukturą o określonej budowie i funkcjach, z drugiej zaś elementem bardziej złożonego systemu zwanego komórką. Większość informacji dziedzicznych komórki eukariotycznej koncentruje się w jądrze, ale samo jądro nie jest w stanie zapewnić jej realizacji, ponieważ wymaga to przynajmniej cytoplazmy, która działa jako główna substancja, oraz rybosomów, na których zachodzi ta synteza . Większość rybosomów znajduje się na ziarnistej retikulum endoplazmatycznym, skąd białka są najczęściej transportowane do kompleksu Golgiego, a następnie, po modyfikacji, do tych części komórki, dla których są przeznaczone lub są wydalane. Pakowanie błonowe białek i węglowodanów można zintegrować z błonami organoidalnymi i błoną cytoplazmatyczną, zapewniając ich ciągłą odnowę. Z kompleksu Golgiego splecione są również lizosomy i wakuole, które pełnią najważniejsze funkcje. Na przykład bez lizosomów komórki szybko zamieniłyby się w rodzaj wysypiska cząsteczek i struktur odpadów.

Wszystkie te procesy wymagają energii wytwarzanej przez mitochondria, aw roślinach także przez chloroplasty. I chociaż te organelle są stosunkowo autonomiczne, ponieważ mają własne cząsteczki DNA, niektóre z ich białek są nadal kodowane przez genom jądrowy i syntetyzowane w cytoplazmie.

W ten sposób komórka jest nierozłączną jednością jej elementów składowych, z których każdy pełni swoją unikalną funkcję.

Metabolizm i przemiana energii to właściwości organizmów żywych. Metabolizm energetyczny i plastiku, ich związek. Etapy metabolizmu energetycznego. Fermentacja i oddychanie. Fotosynteza, jej znaczenie, kosmiczna rola. Fazy ​​fotosyntezy. Jasne i ciemne reakcje fotosyntezy, ich związek. Chemosynteza. Rola bakterii chemosyntetycznych na Ziemi

Metabolizm i przemiana energii – właściwości organizmów żywych

Komórkę można przyrównać do miniaturowej fabryki chemicznej, w której zachodzą setki i tysiące reakcji chemicznych.

Metabolizm- zestaw przemian chemicznych mających na celu zachowanie i samoreprodukcję systemów biologicznych.

Obejmuje przyjmowanie substancji do organizmu podczas odżywiania i oddychania, metabolizmu wewnątrzkomórkowego lub metabolizm, a także przydział końcowych produktów metabolizmu.

Metabolizm jest nierozerwalnie związany z procesami przekształcania jednego rodzaju energii w inny. Na przykład w procesie fotosyntezy energia świetlna jest magazynowana w postaci energii wiązań chemicznych złożonych cząsteczek organicznych, a w procesie oddychania jest uwalniana i zużywana na syntezę nowych cząsteczek, pracę mechaniczną i osmotyczną, jest rozpraszane w postaci ciepła itp.

Przepływ reakcji chemicznych w organizmach żywych zapewniają katalizatory biologiczne o charakterze białkowym - enzymy, lub enzymy. Podobnie jak inne katalizatory, enzymy przyspieszają przebieg reakcji chemicznych w komórce dziesiątki i setki tysięcy razy, a czasem nawet je umożliwiają, ale nie zmieniają ani charakteru, ani właściwości końcowego produktu (produktów) reakcji i nie zmieniaj się. Enzymy mogą być zarówno białkami prostymi, jak i złożonymi, które oprócz części białkowej zawierają również część niebiałkową - kofaktor (koenzym). Przykładami enzymów są amylaza ślinowa, która rozkłada polisacharydy podczas długotrwałego żucia oraz pepsyna, która zapewnia trawienie białek w żołądku.

Enzymy różnią się od katalizatorów niebiałkowych wysoką specyficznością działania, znacznym wzrostem szybkości reakcji za ich pomocą, a także możliwością regulowania działania poprzez zmianę warunków reakcji lub interakcję z różnymi substancjami. Ponadto warunki, w jakich przebiega kataliza enzymatyczna, znacznie różnią się od tych, w których zachodzi kataliza nieenzymatyczna: optymalna temperatura dla funkcjonowania enzymów w organizmie człowieka wynosi 37°C, ciśnienie powinno być zbliżone do atmosferycznego, a pH medium może się znacznie wahać. Tak więc dla amylazy konieczne jest środowisko alkaliczne, a dla pepsyny kwaśne.

Mechanizm działania enzymów polega na zmniejszeniu energii aktywacji substancji (substratów), które wchodzą w reakcję w wyniku tworzenia się pośrednich kompleksów enzym-substrat.

Metabolizm energii i plastiku, ich związek

Metabolizm składa się z dwóch procesów jednocześnie zachodzących w komórce: wymiany plastycznej i wymiany energii.

Metabolizm tworzyw sztucznych (anabolizm, asymilacja) to zestaw reakcji syntezy, które towarzyszą wydatkowi energii ATP. W procesie wymiany plastycznej są syntetyzowane materia organiczna, potrzebne przez komórkę. Przykładami reakcji wymiany plastycznej są fotosynteza, biosynteza białek i replikacja DNA (samopodwojenie).

Metabolizm energetyczny (katabolizm, dyssymilacja) to zestaw reakcji, które rozkładają złożone substancje na prostsze. W wyniku metabolizmu energetycznego uwalniana jest energia, magazynowana w postaci ATP. Najważniejszymi procesami metabolizmu energetycznego są oddychanie i fermentacja.

Wymiana plastiku i energii jest ze sobą nierozerwalnie związana, ponieważ w procesie wymiany plastycznej syntetyzowane są substancje organiczne i wymaga to energii ATP, a w procesie metabolizmu energetycznego substancje organiczne są rozszczepiane i uwalniana jest energia, która następnie zostanie wydana na syntezę procesy.

Organizmy pobierają energię w procesie odżywiania, uwalniają ją i przekształcają w przyswajalną formę głównie w procesie oddychania. Zgodnie ze sposobem żywienia wszystkie organizmy dzielą się na autotrofy i heterotrofy. Autotrofy w stanie samodzielnie syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych, oraz heterotrofy używaj wyłącznie gotowych substancji organicznych.

Etapy metabolizmu energetycznego

Pomimo złożoności reakcji metabolizmu energetycznego, jest on warunkowo podzielony na trzy etapy: przygotowawczy, beztlenowy (beztlenowy) i tlenowy (tlenowy).

Na etap przygotowawczy cząsteczki polisacharydów, lipidów, białek, kwasów nukleinowych rozkładają się na prostsze np. glukoza, glicerol i kwasy tłuszczowe, aminokwasy, nukleotydy itp. Ten etap może zachodzić bezpośrednio w komórkach lub w jelicie, skąd podzielone substancje są dostarczane wraz z przepływem krwi.

etap beztlenowy metabolizmowi energetycznemu towarzyszy dalszy podział monomerów związków organicznych na jeszcze prostsze produkty pośrednie, np. kwas pirogronowy czy pirogronian. Nie wymaga obecności tlenu, a dla wielu organizmów żyjących w mule bagiennym czy w jelicie człowieka jest to jedyny sposób na pozyskiwanie energii. W cytoplazmie zachodzi beztlenowy etap metabolizmu energetycznego.

Rozszczepieniu beztlenowemu mogą ulegać różne substancje, ale często substratem reakcji jest glukoza. Proces jej beztlenowego rozszczepiania nazywa się glikoliza. Podczas glikolizy cząsteczka glukozy traci cztery atomy wodoru, tzn. ulega utlenieniu i powstają dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, dwie cząsteczki ATP i dwie cząsteczki zredukowanego nośnika wodoru $NADH + H^(+)$:

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

Tworzenie ATP z ADP następuje z powodu bezpośredniego przeniesienia anionu fosforanowego z uprzednio ufosforylowanego cukru i nazywa się fosforylacja substratu.

Etap aerobowy metabolizm energetyczny może zachodzić tylko w obecności tlenu, natomiast związki pośrednie powstałe w procesie beztlenowego rozszczepiania są utleniane do produktów końcowych (dwutlenek węgla i woda) i uwalniane większość energia zmagazynowana w wiązaniach chemicznych związków organicznych. Przechodzi na energię wiązań makroergicznych 36 cząsteczek ATP. Ten etap jest również nazywany oddychanie tkankowe. W przypadku braku tlenu związki pośrednie są przekształcane w inne substancje organiczne w procesie zwanym fermentacja.

Oddech

Mechanizm oddychania komórkowego pokazano schematycznie na ryc.

Oddychanie tlenowe zachodzi w mitochondriach, podczas gdy kwas pirogronowy najpierw traci jeden atom węgla, czemu towarzyszy synteza jednego równoważnika redukującego $NADH + H^(+)$ i cząsteczki acetylokoenzymu A (acetyl-CoA):

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

Acetyl-CoA w macierzy mitochondrialnej bierze udział w łańcuchu reakcji chemicznych, których całość nazywa się cykl Krebsa (cykl kwasu trikarboksylowego, cykl kwasu cytrynowego). Podczas tych przemian powstają dwie cząsteczki ATP, acetylo-CoA zostaje całkowicie utleniony do dwutlenku węgla, a jego jony wodorowe i elektrony zostają przyłączone do nośników wodoru $NADH + H^(+)$ i $FADH_2$. Nośniki transportują protony i elektrony wodoru do wewnętrznych błon mitochondriów, które tworzą cristae. Za pomocą białek nośnikowych protony wodoru są wstrzykiwane do przestrzeni międzybłonowej, a elektrony przenoszone są wzdłuż tzw. łańcucha oddechowego enzymów znajdujących się na wewnętrznej błonie mitochondriów i są zrzucane na atomy tlenu:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Należy zauważyć, że niektóre białka łańcucha oddechowego zawierają żelazo i siarkę.

Z przestrzeni międzybłonowej protony wodoru są transportowane z powrotem do macierzy mitochondrialnej za pomocą specjalnych enzymów - syntaz ATP, a uwolniona w tym przypadku energia jest zużywana na syntezę 34 cząsteczek ATP z każdej cząsteczki glukozy. Ten proces nazywa się fosforylacja oksydacyjna. W macierzy mitochondrialnej protony wodoru reagują z rodnikami tlenu, tworząc wodę:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Zestaw reakcji oddychania tlenowego można wyrazić następująco:

2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$

Ogólne równanie oddychania wygląda tak:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$

Fermentacja

W przypadku braku tlenu lub jego niedoboru następuje fermentacja. Fermentacja jest ewolucyjnie wcześniejszym sposobem pozyskiwania energii niż oddychanie, ale jest mniej opłacalna energetycznie, ponieważ fermentacja wytwarza substancje organiczne, które wciąż są bogate w energię. Istnieje kilka głównych rodzajów fermentacji: kwas mlekowy, alkohol, kwas octowy itp. Tak więc w mięśniach szkieletowych przy braku tlenu podczas fermentacji kwas pirogronowy jest redukowany do kwasu mlekowego, podczas gdy wcześniej powstałe ekwiwalenty redukujące są zużywane i tylko pozostają dwie cząsteczki ATP:

2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

Podczas fermentacji za pomocą grzybów drożdżowych kwas pirogronowy w obecności tlenu zamienia się w alkohol etylowy i tlenek węgla (IV):

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

Podczas fermentacji za pomocą mikroorganizmów kwas pirogronowy może również tworzyć kwasy octowy, masłowy, mrówkowy itp.

ATP, pozyskiwany w wyniku metabolizmu energetycznego, jest zużywany w komórce do różnego rodzaju prac: chemicznej, osmotycznej, elektrycznej, mechanicznej i regulacyjnej. Praca chemiczna polega na biosyntezie białek, lipidów, węglowodanów, kwasów nukleinowych i innych ważnych związków. Praca osmotyczna obejmuje procesy wchłaniania przez komórkę i usuwania z niej substancji, które znajdują się w przestrzeni pozakomórkowej w stężeniach większych niż w samej komórce. Praca elektryczna jest ściśle związana z pracą osmotyczną, ponieważ w wyniku ruchu naładowanych cząstek przez membrany powstaje ładunek membrany oraz uzyskuje się właściwości pobudliwości i przewodności. Praca mechaniczna wiąże się z ruchem substancji i struktur wewnątrz komórki, a także komórki jako całości. Praca regulacyjna obejmuje wszystkie procesy mające na celu koordynację procesów w komórce.

Fotosynteza, jej znaczenie, kosmiczna rola

fotosynteza nazwany procesem zamiany energii światła na energię wiązań chemicznych związków organicznych z udziałem chlorofilu.

W wyniku fotosyntezy rocznie powstaje około 150 miliardów ton materii organicznej i około 200 miliardów ton tlenu. Proces ten zapewnia cykl węgla w biosferze, zapobiegając gromadzeniu się dwutlenku węgla, a tym samym zapobiegając powstawaniu efekt cieplarniany i przegrzanie Ziemi. Substancje organiczne powstałe w wyniku fotosyntezy nie są całkowicie zużywane przez inne organizmy, znaczna ich część tworzyła na przestrzeni milionów lat złoża mineralne (węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa). Ostatnio jako paliwo stosuje się również olej rzepakowy („biodiesel”) oraz alkohol pozyskiwany z resztek roślinnych. Z tlenu pod wpływem wyładowań elektrycznych powstaje ozon, który tworzy osłonę ozonową, która chroni całe życie na Ziemi przed szkodliwym działaniem promieni ultrafioletowych.

Nasz rodak, wybitny fizjolog roślin K. A. Timiryazev (1843-1920) nazwał rolę fotosyntezy „kosmiczną”, ponieważ łączy ona Ziemię ze Słońcem (kosmosem), zapewniając napływ energii na planetę.

Fazy ​​fotosyntezy. Jasne i ciemne reakcje fotosyntezy, ich związek

W 1905 angielski fizjolog roślin F. Blackman odkrył, że tempo fotosyntezy nie może wzrastać w nieskończoność, jakiś czynnik ją ogranicza. Na tej podstawie zaproponował istnienie dwóch faz fotosyntezy: światło oraz ciemny. Przy niskim natężeniu światła szybkość reakcji świetlnych wzrasta proporcjonalnie do wzrostu natężenia światła, a ponadto reakcje te nie zależą od temperatury, ponieważ nie wymagają enzymów. Reakcje świetlne zachodzą na błonach tylakoidów.

Natomiast tempo ciemnych reakcji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, jednak po osiągnięciu progu temperatury $30°C wzrost ten ustaje, co wskazuje na enzymatyczny charakter tych przemian zachodzących w zrębie. Należy zauważyć, że światło ma również pewien wpływ na ciemne reakcje, mimo że nazywa się je ciemnymi.

Faza świetlna fotosyntezy przebiega na błonach tylakoidów, które niosą kilka rodzajów kompleksów białkowych, z których główne to fotosystemy I i II oraz syntaza ATP. W skład fotosystemów wchodzą kompleksy pigmentowe, w których oprócz chlorofilu znajdują się również karotenoidy. Karotenoidy zatrzymują światło w tych obszarach widma, w których nie występuje chlorofil, a także chronią chlorofil przed zniszczeniem przez światło o dużej intensywności.

Oprócz kompleksów pigmentowych fotosystemy zawierają również szereg białek akceptorowych elektronów, które sukcesywnie przenoszą elektrony z cząsteczek chlorofilu do siebie. Sekwencja tych białek nazywa się chloroplastowy łańcuch transportu elektronów.

Z fotosystemem II związany jest również specjalny kompleks białek, który zapewnia uwalnianie tlenu podczas fotosyntezy. Ten kompleks uwalniający tlen zawiera jony manganu i chloru.

W faza światła kwanty światła, czyli fotony, padające na cząsteczki chlorofilu znajdujące się na błonach tylakoidów przenoszą je do stanu wzbudzonego charakteryzującego się wyższą energią elektronów. Jednocześnie wzbudzone elektrony z chlorofilu fotosystemu I są przenoszone przez łańcuch pośredników do nośnika wodoru NADP, który dodaje protony wodoru, które są zawsze obecne w roztworze wodnym:

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

Zredukowana $NADPH + H^(+)$ będzie następnie używana w ciemnej scenie. Elektrony z chlorofilu fotosystemu II są również przenoszone wzdłuż łańcucha transportu elektronów, ale wypełniają „dziury elektronowe” w chlorofilu fotosystemu I. Brak elektronów w chlorofilu fotosystemu II jest uzupełniany poprzez odbieranie z wody cząsteczek wody cząsteczki, które występują przy udziale wspomnianego już kompleksu uwalniającego tlen. W wyniku rozkładu cząsteczek wody, który nazywa się fotoliza, powstają protony wodoru i uwalniany jest tlen cząsteczkowy, który jest produktem ubocznym fotosyntezy:

$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.

Informacja genetyczna w komórce. Geny, kod genetyczny i jego właściwości. Matrycowa natura reakcji biosyntezy. Biosynteza białek i kwasów nukleinowych

Informacje genetyczne w komórce

Reprodukcja własnego gatunku jest jedną z podstawowych właściwości żyjących. Dzięki temu zjawisku istnieje podobieństwo nie tylko między organizmami, ale także między poszczególnymi komórkami, a także ich organellami (mitochondriami i plastydami). Materialną podstawą tego podobieństwa jest przekazywanie informacji genetycznej zaszyfrowanej w sekwencji nukleotydowej DNA, która odbywa się w wyniku procesów replikacji DNA (samopodwajania). Wszystkie cechy i właściwości komórek i organizmów realizowane są dzięki białkom, których strukturę determinują przede wszystkim sekwencje nukleotydów DNA. Dlatego właśnie biosynteza kwasów nukleinowych i białek ma ogromne znaczenie w procesach metabolicznych. Jednostką strukturalną informacji dziedzicznej jest gen.

Geny, kod genetyczny i jego właściwości

Informacje dziedziczne w komórce nie są monolityczne, są podzielone na osobne „słowa” - geny.

Gen jest podstawową jednostką informacji genetycznej.

Prace nad programem „Human Genome”, który był prowadzony jednocześnie w kilku krajach i zakończył się na początku tego stulecia, dały nam zrozumienie, że człowiek ma tylko około 25-30 tysięcy genów, ale informacje od większości naszych DNA nigdy nie jest odczytywane, ponieważ zawiera ogromną liczbę pozbawionych znaczenia odcinków, powtórzeń i genów kodujących cechy, które utraciły znaczenie dla ludzi (ogon, owłosienie ciała itp.). Ponadto szereg genów odpowiedzialnych za rozwój choroby dziedziczne, jak również geny docelowe leków. Jednakże praktyczne użycie wyniki uzyskane podczas realizacji tego programu są odkładane do czasu, aż zostaną rozszyfrowane genomy większej liczby osób i stanie się jasne, czym się różnią.

Geny kodujące pierwotną strukturę białka, rybosomalnego lub transferowego RNA nazywane są strukturalny oraz geny, które zapewniają aktywację lub tłumienie odczytu informacji z genów strukturalnych - regulacyjne. Jednak nawet geny strukturalne zawierają regiony regulatorowe.

Informacje dziedziczne organizmów są zaszyfrowane w DNA w postaci pewnych kombinacji nukleotydów i ich sekwencji - kod genetyczny. Jego właściwości to: tryplet, specyficzność, uniwersalność, redundancja i niezachodzenie na siebie. Ponadto w kodzie genetycznym nie ma znaków interpunkcyjnych.

Każdy aminokwas jest kodowany w DNA przez trzy nukleotydy. tryplet na przykład metionina jest kodowana przez tryplet TAC, czyli kod trypletowy. Z drugiej strony każdy triplet koduje tylko jeden aminokwas, co jest jego specyficznością lub jednoznacznością. Kod genetyczny jest uniwersalny dla wszystkich żywych organizmów, co oznacza, że ​​dziedziczne informacje o ludzkich białkach mogą być odczytywane przez bakterie i odwrotnie. Świadczy to o jedności powstania świata organicznego. Jednak tylko 20 aminokwasów odpowiada 64 kombinacjom trzech nukleotydów, w wyniku czego 2-6 trypletów może kodować jeden aminokwas, czyli kod genetyczny zbędne lub zdegenerowane. Trzy trojaczki nie mają odpowiadających im aminokwasów, są nazywane kodony stop, ponieważ wyznaczają koniec syntezy łańcucha polipeptydowego.

Sekwencja zasad w trójkach DNA i kodowane przez nie aminokwasy

*Kodon stop, wskazujący na koniec syntezy łańcucha polipeptydowego.

Skróty nazw aminokwasów:

Ala - alanina

Arg - arginina

Asn - asparagina

Asp - kwas asparaginowy

Val - walina

Jego - histydyna

Gly - glicyna

Gln - glutamina

Glu - kwas glutaminowy

Ile - izoleucyna

Leu - leucyna

Liz - lizyna

Met - metionina

Pro - prolina

Ser - seryna

Tyr - tyrozyna

Tre - treonina

Trzy - tryptofan

Fen - fenyloalanina

cis - cysteina

Jeśli zaczniesz czytać informację genetyczną nie od pierwszego nukleotydu w trójce, ale od drugiego, to nie tylko przesunie się ramka odczytu, tak zsyntetyzowane białko będzie zupełnie inne nie tylko pod względem sekwencji nukleotydów, ale także struktury i właściwości. Pomiędzy trojaczkami nie ma znaków interpunkcyjnych, więc nie ma przeszkód w przesunięciu ramki odczytu, co otwiera pole do wystąpienia i utrzymania mutacji.

Matrycowy charakter reakcji biosyntetycznych

Komórki bakteryjne są zdolne do powielania się co 20-30 minut, a komórki eukariotyczne – codziennie, a nawet częściej, co wymaga dużej szybkości i dokładności replikacji DNA. Ponadto każda komórka zawiera setki i tysiące kopii wielu białek, zwłaszcza enzymów, dlatego do ich reprodukcji „kawałkowa” metoda ich wytwarzania jest niedopuszczalna. Bardziej progresywnym sposobem jest stemplowanie, które pozwala uzyskać wiele dokładnych kopii produktu, a także obniżyć jego koszt. Do stemplowania potrzebna jest matryca, za pomocą której wykonuje się odcisk.

W komórkach zasada syntezy macierzy polega na tym, że nowe cząsteczki białek i kwasów nukleinowych są syntetyzowane zgodnie z programem zapisanym w strukturze wcześniej istniejących cząsteczek tych samych kwasów nukleinowych (DNA lub RNA).

Biosynteza białek i kwasów nukleinowych

Replikacja DNA. DNA to dwuniciowy biopolimer, którego monomerami są nukleotydy. Gdyby biosynteza DNA przebiegała zgodnie z zasadą fotokopiowania, to nieuchronnie powstałyby liczne zniekształcenia i błędy w informacji dziedzicznej, co ostatecznie doprowadziłoby do śmierci nowych organizmów. Dlatego proces duplikacji DNA jest inny, w sposób półkonserwatywny: cząsteczka DNA rozwija się, a na każdym z łańcuchów syntetyzowany jest nowy łańcuch zgodnie z zasadą komplementarności. Proces samoreprodukcji cząsteczki DNA, który zapewnia dokładne kopiowanie informacji dziedzicznej i jej przekazywanie z pokolenia na pokolenie, nazywa się replikacja(od łac. replikacja- powtórzenie). W wyniku replikacji powstają dwie absolutnie dokładne kopie macierzystej cząsteczki DNA, z których każda zawiera jedną kopię rodzicielskiej.

Proces replikacji jest w rzeczywistości niezwykle złożony, ponieważ bierze w nim udział wiele białek. Niektóre z nich rozwijają podwójną helisę DNA, inne rozrywają wiązania wodorowe między nukleotydami łańcuchów komplementarnych, inne (np. enzym polimeraza DNA) wybierają nowe nukleotydy zgodnie z zasadą komplementarności itp. Dwie cząsteczki DNA uformowane jako w wyniku replikacji rozchodzą się na dwie części podczas podziału, nowo utworzone komórki potomne.

Błędy w procesie replikacji są niezwykle rzadkie, ale jeśli już wystąpią, są bardzo szybko eliminowane zarówno przez polimerazy DNA, jak i specjalne enzymy naprawcze, ponieważ każdy błąd w sekwencji nukleotydów może prowadzić do nieodwracalnej zmiany w strukturze i funkcjach białka i ostatecznie niekorzystnie wpływają na żywotność nowej komórki lub nawet osobnika.

biosynteza białek. Jak w przenośni ujął to wybitny filozof XIX wieku F. Engels: „Życie jest formą istnienia ciał białkowych”. Strukturę i właściwości cząsteczek białek określa ich struktura pierwotna, czyli sekwencja aminokwasów zakodowanych w DNA. Nie tylko istnienie samego polipeptydu, ale również funkcjonowanie komórki jako całości zależy od dokładności odtworzenia tej informacji, dlatego proces syntezy białek ma ogromne znaczenie. Wydaje się, że jest to najbardziej złożony proces syntezy w komórce, ponieważ zaangażowanych jest w to aż trzysta różnych enzymów i innych makrocząsteczek. Co więcej, działa z wysoka prędkość co wymaga jeszcze większej precyzji.

W biosyntezie białek występują dwa główne etapy: transkrypcja i translacja.

Transkrypcja(od łac. transkrypcja- przepisywanie) to biosynteza cząsteczek mRNA na szablonie DNA.

Ponieważ cząsteczka DNA zawiera dwa antyrównoległe łańcuchy, odczytanie informacji z obu łańcuchów doprowadziłoby do powstania zupełnie różnych mRNA, dlatego ich biosynteza jest możliwa tylko na jednym z łańcuchów, co nazywa się kodującym lub kodogennym, w przeciwieństwie do drugiego, niekodujące lub niekodogenne. Proces przepisywania zapewnia specjalny enzym polimeraza RNA, który dokonuje selekcji nukleotydów RNA zgodnie z zasadą komplementarności. Proces ten może zachodzić zarówno w jądrze, jak i organellach posiadających własne DNA – mitochondriach i plastydach.

Cząsteczki mRNA syntetyzowane podczas transkrypcji przechodzą złożony proces przygotowania do translacji (mRNA mitochondrialne i plastydowe mogą pozostawać wewnątrz organelli, gdzie zachodzi drugi etap biosyntezy białek). W procesie dojrzewania mRNA dołączane są do niego pierwsze trzy nukleotydy (AUG) i ogon nukleotydów adenylowych, których długość określa, ile kopii białka można zsyntetyzować na danej cząsteczce. Dopiero wtedy dojrzałe mRNA opuszczają jądro przez pory jądrowe.

Równolegle w cytoplazmie zachodzi proces aktywacji aminokwasów, podczas którego aminokwas jest przyłączany do odpowiedniego wolnego tRNA. Proces ten jest katalizowany przez specjalny enzym, zużywa on ATP.

Audycja(od łac. audycja- transfer) to biosynteza łańcucha polipeptydowego na matrycy mRNA, w której informacja genetyczna jest tłumaczona na sekwencję aminokwasów łańcucha polipeptydowego.

Drugi etap syntezy białek występuje najczęściej w cytoplazmie, na przykład na szorstkiej retikulum endoplazmatycznym. Jego występowanie wymaga obecności rybosomów, aktywacji tRNA, podczas której przyłączają one odpowiednie aminokwasy, obecności jonów Mg2+, a także optymalnych warunków środowiskowych (temperatura, pH, ciśnienie itp.).

Aby rozpocząć nadawanie inicjacja) mała podjednostka rybosomu jest przyłączona do cząsteczki mRNA gotowej do syntezy, a następnie, zgodnie z zasadą komplementarności, tRNA niosący aminokwas metioninę jest selekcjonowany do pierwszego kodonu (AUG). Dopiero wtedy dołącza się duża podjednostka rybosomu. W złożonym rybosomie znajdują się dwa kodony mRNA, z których pierwszy jest już zajęty. Drugie tRNA, również niosące aminokwas, jest przyłączone do sąsiadującego z nim kodonu, po czym za pomocą enzymów tworzy się wiązanie peptydowe między resztami aminokwasowymi. Rybosom przesuwa jeden kodon mRNA; pierwszy z tRNA, uwolniony od aminokwasu, wraca do cytoplazmy po następny aminokwas, a fragment przyszłego łańcucha polipeptydowego niejako wisi na pozostałym tRNA. Kolejne tRNA dołącza do nowego kodonu znajdującego się w obrębie rybosomu, proces się powtarza i krok po kroku wydłuża się łańcuch polipeptydowy, czyli wydłużenie.

Koniec syntezy białek zakończenie) pojawia się, gdy w cząsteczce mRNA zostanie napotkana określona sekwencja nukleotydów, która nie koduje aminokwasu (kodon stop). Następnie następuje rozdział rybosomu, mRNA i łańcucha polipeptydowego, a nowo zsyntetyzowane białko uzyskuje odpowiednią strukturę i jest transportowane do części komórki, w której będzie pełnić swoje funkcje.

Translacja jest bardzo energochłonnym procesem, ponieważ energia jednej cząsteczki ATP jest zużywana na przyłączenie jednego aminokwasu do tRNA, a kilka innych jest używanych do przemieszczania rybosomu wzdłuż cząsteczki mRNA.

Aby przyspieszyć syntezę niektórych cząsteczek białka, do cząsteczki mRNA można sekwencyjnie przyłączać kilka rybosomów, które tworzą pojedynczą strukturę - polisom.

Komórka jest genetyczną jednostką żywych organizmów. Chromosomy, ich budowa (kształt i wielkość) oraz funkcje. Liczba chromosomów i ich stałość gatunkowa. Komórki somatyczne i płciowe. Cykl życiowy komórki: interfaza i mitoza. Mitoza - podział komórki somatyczne. Mejoza. Fazy ​​mitozy i mejozy. Rozwój komórek rozrodczych roślin i zwierząt. Podział komórek jest podstawą wzrostu, rozwoju i reprodukcji organizmów. Rola mejozy i mitozy

Komórka jest genetyczną jednostką życia

Pomimo tego, że kwasy nukleinowe są nośnikiem informacji genetycznej, realizacja tej informacji jest niemożliwa poza komórką, co łatwo udowadnia przykład wirusów. Organizmy te, często zawierające tylko DNA lub RNA, nie są w stanie samodzielnie się rozmnażać, ponieważ muszą korzystać z dziedzicznego aparatu komórki. Nie mogą nawet przeniknąć do komórki bez pomocy samej komórki, chyba że wykorzystują mechanizmy transportu przez błonę lub z powodu uszkodzenia komórki. Większość wirusów jest niestabilna, giną po kilku godzinach ekspozycji na świeżym powietrzu. Dlatego komórka jest genetyczną jednostką żywej istoty, która posiada minimalny zestaw składników do zachowania, modyfikacji i wdrażania informacji dziedzicznej, a także jej przekazywania potomkom.

Większość informacji genetycznej komórki eukariotycznej znajduje się w jądrze. Cechą jego organizacji jest to, że w przeciwieństwie do DNA komórki prokariotycznej, eukariotyczne cząsteczki DNA nie są zamknięte i tworzą złożone kompleksy z białkami - chromosomami.

Chromosomy, ich budowa (kształt i wielkość) oraz funkcje

Chromosom(z greckiego. chrom- kolor, kolor i Kocia ryba- ciało) to struktura jądra komórkowego, która zawiera geny i niesie pewne dziedziczne informacje o oznakach i właściwościach ciała.

Czasami pierścieniowe cząsteczki DNA prokariontów są również nazywane chromosomami. Chromosomy są zdolne do samopowielania, mają indywidualność strukturalną i funkcjonalną i zachowują ją przez wiele pokoleń. Każda komórka niesie wszystkie dziedziczne informacje o ciele, ale tylko niewielka część z nich działa.

Podstawą chromosomu jest dwuniciowa cząsteczka DNA wypełniona białkami. U eukariontów białka histonowe i niehistonowe oddziałują z DNA, podczas gdy u prokariontów białka histonowe są nieobecne.

Chromosomy najlepiej widać pod mikroskopem świetlnym podczas podziału komórki, gdy w wyniku zagęszczenia przybierają postać ciał w kształcie pręcików oddzielonych pierwotnym przewężeniem - centromer — na ramionach. Chromosom może również mieć zwężenie wtórne, który w niektórych przypadkach oddziela tzw satelita. Nazywa się końce chromosomów telomery. Telomery zapobiegają sklejaniu się końców chromosomów i zapewniają ich połączenie z błoną jądrową w niedzielącej się komórce. Na początku podziału chromosomy są podwojone i składają się z dwóch chromosomów potomnych - chromatydy przymocowany na centromerze.

W zależności od kształtu rozróżnia się chromosomy równoramienne, nierówne i pręcikowe. Rozmiary chromosomów znacznie się różnią, ale przeciętny chromosom ma rozmiar 5 $ × 1,4 µm.

W niektórych przypadkach chromosomy, w wyniku licznych duplikacji DNA, zawierają setki i tysiące chromatyd: takie gigantyczne chromosomy nazywane są polietylen. Występują w gruczołach ślinowych larw Drosophila, a także w gruczołach trawiennych glisty.

Liczba chromosomów i ich stałość gatunkowa. Komórki somatyczne i zarodkowe

Zgodnie z teorią komórkową komórka jest jednostką struktury, życia i rozwoju organizmu. W ten sposób na poziomie komórkowym zapewniane są tak ważne funkcje żywych istot, jak wzrost, reprodukcja i rozwój organizmu. Komórki organizmów wielokomórkowych można podzielić na somatyczne i płciowe.

komórki somatyczne to wszystkie komórki ciała, które powstają w wyniku podziału mitotycznego.

Badanie chromosomów pozwoliło ustalić, że komórki somatyczne organizmu każdego gatunku biologicznego charakteryzują się stałą liczbą chromosomów. Na przykład osoba ma ich 46. Nazywa się zestaw chromosomów komórek somatycznych diploidalny(2n) lub podwójnie.

komórki płciowe, lub gamety, to wyspecjalizowane komórki służące do rozmnażania płciowego.

Gamety zawsze zawierają o połowę mniej chromosomów niż w komórkach somatycznych (u ludzi - 23), więc zestaw chromosomów komórek zarodkowych nazywa się haploidalny(n) lub pojedynczy. Jego powstawanie wiąże się z podziałem komórek mejotycznych.

Ilość DNA komórek somatycznych oznaczono jako 2c, a komórek zarodkowych jako 1c. Wzór genetyczny komórek somatycznych jest zapisany jako 2n2c, a płeć - 1n1c.

W jądrach niektórych komórek somatycznych liczba chromosomów może różnić się od ich liczby w komórkach somatycznych. Jeśli ta różnica jest większa o jeden, dwa, trzy itd. zestawy haploidalne, to takie komórki nazywamy poliploidalny(odpowiednio tri-, tetra-, pentaploidalny). W takich komórkach procesy metaboliczne są zwykle bardzo intensywne.

Liczba chromosomów sama w sobie nie jest cechą specyficzną dla gatunku, ponieważ różne organizmy mogą mieć tę samą liczbę chromosomów, podczas gdy pokrewne mogą mieć różne liczby. Na przykład zarodźca malarii i glista końska mają dwa chromosomy, podczas gdy ludzie i szympansy mają odpowiednio 46 i 48 chromosomów.

Chromosomy ludzkie dzielą się na dwie grupy: autosomy i chromosomy płci (heterochromosomy). Autosom w ludzkich komórkach somatycznych występują 22 pary, są one takie same dla mężczyzn i kobiet oraz chromosomy płci tylko jedna para, ale to ona decyduje o płci osobnika. Istnieją dwa rodzaje chromosomów płci - X i Y. Komórki ciała kobiety mają dwa chromosomy X, a mężczyźni - X i Y.

Kariotyp- jest to zestaw znaków zestawu chromosomów organizmu (liczba chromosomów, ich kształt i wielkość).

Warunkowy zapis kariotypu obejmuje całkowitą liczbę chromosomów, chromosomów płci i możliwe odchylenia w zestawie chromosomów. Na przykład kariotyp normalnego mężczyzny jest zapisany jako 46,XY, podczas gdy kariotyp normalnej kobiety to 46,XX.

Cykl życia komórki: interfaza i mitoza

Komórki nie powstają za każdym razem na nowo, powstają dopiero w wyniku podziału komórek macierzystych. Po rozdzieleniu komórki potomne potrzebują trochę czasu, aby uformować organelle i uzyskać odpowiednią strukturę, która zapewniłaby pełnienie określonej funkcji. Ten okres czasu nazywa się dojrzewanie.

Okres czasu od pojawienia się komórki w wyniku podziału do jej podziału lub śmierci nazywa się cykl życia komórki.

W komórkach eukariotycznych cykl życiowy dzieli się na dwa główne etapy: interfazę i mitozę.

Międzyfaza- jest to okres czasu w cyklu życiowym, w którym komórka nie dzieli się i funkcjonuje normalnie. Interfaza podzielona jest na trzy okresy: okresy G 1 -, S- i G 2 -.

G 1 - okres(presyntetyczny, postmitotyczny) to okres wzrostu i rozwoju komórek, podczas którego dochodzi do aktywnej syntezy RNA, białek i innych substancji niezbędnych do pełnego podtrzymywania życia nowo powstałej komórki. Pod koniec tego okresu komórka może zacząć przygotowywać się do duplikacji DNA.

W S-okres(syntetyczny) zachodzi proces replikacji DNA. Jedyną częścią chromosomu, która nie ulega replikacji, jest centromer, dlatego powstałe cząsteczki DNA nie rozchodzą się całkowicie, ale pozostają w nim zamocowane, a na początku podziału chromosom ma wygląd w kształcie litery X. Wzór genetyczny komórki po duplikacji DNA to 2n4c. Również w okresie S następuje podwojenie centrioli centrum komórki.

G 2 - okres(postsyntetyczna, premitotyczna) charakteryzuje się intensywną syntezą RNA, białek i ATP niezbędnych do procesu podziału komórek, a także oddzielania centrioli, mitochondriów i plastydów. Do końca interfazy chromatyna i jąderko pozostają wyraźnie rozróżnialne, integralność błony jądrowej nie jest naruszona, a organelle się nie zmieniają.

Niektóre komórki organizmu są w stanie pełnić swoje funkcje przez całe życie organizmu (neurony naszego mózgu, komórki mięśniowe serca), podczas gdy inne istnieją przez krótki czas, po czym umierają (komórki nabłonka jelitowego , komórki naskórka skóry). W związku z tym w organizmie muszą stale zachodzić procesy podziału komórek i tworzenia nowych komórek, które zastępują martwe. Komórki zdolne do dzielenia się nazywają trzon. W ludzkim ciele znajdują się w czerwonym szpiku kostnym, w głębokich warstwach naskórka skóry i innych miejscach. Korzystając z tych komórek, możesz wyhodować nowy narząd, osiągnąć odmłodzenie, a także sklonować ciało. Perspektywy wykorzystania komórek macierzystych są dość jasne, ale moralne i etyczne aspekty tego problemu są wciąż dyskutowane, ponieważ w większości przypadków wykorzystywane są embrionalne komórki macierzyste uzyskane z zabitych podczas aborcji płodów ludzkich.

Czas trwania interfazy w komórkach roślinnych i zwierzęcych wynosi średnio 10-20 godzin, podczas gdy mitoza zajmuje około 1-2 godzin.

W toku kolejnych podziałów w organizmach wielokomórkowych komórki potomne stają się coraz bardziej zróżnicowane, ponieważ odczytują informacje z coraz większej liczby genów.

Niektóre komórki w końcu przestają się dzielić i obumierają, co może wynikać z pełnienia pewnych funkcji, jak w przypadku komórek naskórka i komórek krwi, lub uszkodzenia tych komórek przez czynniki środowiskowe, w szczególności patogeny. Genetycznie zaprogramowana śmierć komórki nazywa się apoptoza podczas gdy przypadkowa śmierć jest martwica.

Mitoza to podział komórek somatycznych. Fazy ​​mitozy

Mitoza- metoda pośredniego podziału komórek somatycznych.

Podczas mitozy komórka przechodzi szereg kolejnych faz, w wyniku których każda komórka potomna otrzymuje taki sam zestaw chromosomów jak w komórce macierzystej.

Mitozę dzieli się na cztery główne fazy: profazę, metafazę, anafazę i telofazę. Profaza- najdłuższy etap mitozy, podczas którego zachodzi kondensacja chromatyny, w wyniku której widoczne są chromosomy w kształcie litery X, składające się z dwóch chromatyd (chromosomów potomnych). W tym przypadku jąderko znika, centriole rozchodzą się w kierunku biegunów komórki i zaczyna tworzyć się wrzeciono achromatyny (wrzeciono) mikrotubul. Pod koniec profazy błona jądrowa rozpada się na oddzielne pęcherzyki.

W metafaza chromosomy ustawiają się wzdłuż równika komórki z ich centromerami, do których przyczepione są mikrotubule w pełni uformowanego wrzeciona podziału. Na tym etapie podziału chromosomy są najbardziej gęste i mają charakterystyczny kształt, co umożliwia badanie kariotypu.

W anafaza w centromerach dochodzi do szybkiej replikacji DNA, w wyniku której chromosomy rozpadają się, a chromatydy rozchodzą się w kierunku biegunów komórki, rozciąganych przez mikrotubule. Rozkład chromatyd musi być absolutnie równy, ponieważ to właśnie ten proces utrzymuje stałość liczby chromosomów w komórkach ciała.

Na scenie telofaza chromosomy potomne gromadzą się na biegunach, despiralizują, wokół nich z pęcherzyków tworzą się otoczki jądrowe, aw nowo powstałych jądrach pojawiają się jąderka.

Po podziale jądra następuje podział cytoplazmy - cytokineza, podczas którego następuje mniej lub bardziej równomierny rozkład wszystkich organelli komórki macierzystej.

Tak więc w wyniku mitozy z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne, z których każda jest genetyczną kopią komórki macierzystej (2n2c).

W chorych, uszkodzonych, starzejących się komórkach i wyspecjalizowanych tkankach organizmu może wystąpić nieco inny proces podziału - amitoza. Amitoza zwany bezpośrednim podziałem komórek eukariotycznych, w którym nie dochodzi do powstania genetycznie równoważnych komórek, ponieważ składniki komórkowe są rozmieszczone nierównomiernie. Występuje u roślin w bielmie oraz u zwierząt w wątrobie, chrząstce i rogówce oka.

Mejoza. Fazy ​​mejozy

Mejoza- jest to metoda pośredniego podziału pierwotnych komórek zarodkowych (2n2c), w wyniku której powstają komórki haploidalne (1n1c), najczęściej zarodkowe.

W przeciwieństwie do mitozy, mejoza składa się z dwóch następujących po sobie podziałów komórkowych, z których każdy jest poprzedzony interfazą. Pierwszy podział mejozy (mejoza I) nazywa się zmniejszenie, ponieważ w tym przypadku liczba chromosomów zmniejsza się o połowę, a drugi podział (mejoza II) - równanie, ponieważ w jego procesie liczba chromosomów jest zachowana.

Międzyfaza I przebiega podobnie do interfazy mitozy. Mejoza I dzieli się na cztery fazy: profazę I, metafazę I, anafazę I i telofazę I. profaza I Zachodzą dwa główne procesy: koniugacja i krzyżowanie. Koniugacja- jest to proces fuzji chromosomów homologicznych (sparowanych) na całej długości. Pary chromosomów powstałe podczas koniugacji są zachowywane do końca metafazy I.

Przechodzić przez- wzajemna wymiana regionów homologicznych chromosomów homologicznych. W wyniku krzyżowania chromosomy otrzymane przez organizm od obojga rodziców nabywają nowe kombinacje genów, co prowadzi do pojawienia się zróżnicowanego genetycznie potomstwa. Pod koniec profazy I, podobnie jak w profazie mitozy, zanika jąderko, centriole rozchodzą się w kierunku biegunów komórki, a otoczka jądrowa rozpada się.

W metafaza I pary chromosomów układają się wzdłuż równika komórki, mikrotubule wrzeciona rozszczepienia są przyłączone do ich centromerów.

W anafaza I całe chromosomy homologiczne składające się z dwóch chromatyd rozchodzą się do biegunów.

W telofaza I wokół skupisk chromosomów na biegunach komórki tworzą się błony jądrowe, tworzą się jąderka.

Cytokineza I zapewnia podział cytoplazm komórek potomnych.

Komórki potomne powstałe w wyniku mejozy I (1n2c) są genetycznie niejednorodne, ponieważ ich chromosomy, losowo rozproszone na biegunach komórki, zawierają nierówne geny.

Charakterystyka porównawcza mitozy i mejozy

Międzyfaza II bardzo krótkie, ponieważ nie występuje w nim podwojenie DNA, to znaczy nie ma okresu S.

Mejoza II również podzielona na cztery fazy: profazę II, metafazę II, anafazę II i telofazę II. W profaza II te same procesy zachodzą jak w profazie I, z wyjątkiem koniugacji i krzyżowania.

W metafaza II Chromosomy znajdują się wzdłuż równika komórki.

W anafaza II chromosomy rozszczepiają się na centromerze, a chromatydy rozciągają się w kierunku biegunów.

W telofaza II błony jądrowe i jąderka tworzą się wokół skupisk chromosomów potomnych.

Później cytokineza II wzór genetyczny wszystkich czterech komórek potomnych to 1n1c, ale wszystkie mają inny zestaw genów, co jest wynikiem krzyżowania się i przypadkowej kombinacji chromosomów matczynych i ojcowskich w komórkach potomnych.

Rozwój komórek rozrodczych u roślin i zwierząt

Gametogeneza(z greckiego. gameta- żona gamety- mąż i geneza- pochodzenie, powstawanie) to proces powstawania dojrzałych komórek rozrodczych.

Ponieważ rozmnażanie płciowe najczęściej wymaga dwóch osobników - żeńskiej i męskiej, wytwarzających różne komórki płciowe - jaja i plemniki, to procesy powstawania tych gamet powinny być różne.

Charakter procesu zależy również w dużej mierze od tego, czy zachodzi on w komórce roślinnej czy zwierzęcej, gdyż w roślinach podczas tworzenia gamet występuje tylko mitoza, podczas gdy u zwierząt występuje zarówno mitoza, jak i mejoza.

Rozwój komórek rozrodczych w roślinach. U okrytonasiennych tworzenie męskich i żeńskich komórek rozrodczych zachodzi odpowiednio w różnych częściach kwiatu - odpowiednio pręcikach i słupkach.

Przed powstaniem męskich komórek rozrodczych - mikrogametogeneza(z greckiego. mikro- mały) - happening mikrosporogeneza, czyli tworzenie mikrospor w pylnikach pręcików. Proces ten jest związany z mejotycznym podziałem komórki macierzystej, w wyniku którego powstają cztery haploidalne mikrospory. Mikrogametogeneza jest związana z podziałem mitotycznym mikrospor, dając męski gametofit dwóch komórek - duży wegetatywny(syfonogenne) i płytkie generatywny. Po podziale męski gametofit pokryty jest gęstymi muszlami i tworzy ziarno pyłku. W niektórych przypadkach, nawet w procesie dojrzewania pyłku, a czasem dopiero po przeniesieniu na piętno słupka, komórka generatywna dzieli się mitotycznie z utworzeniem dwóch nieruchomych męskich komórek rozrodczych - sperma. Po zapyleniu z komórki wegetatywnej powstaje łagiewka pyłkowa, przez którą plemniki wnikają do jajnika słupka w celu zapłodnienia.

Nazywa się rozwój żeńskich komórek rozrodczych w roślinach megagametogeneza(z greckiego. megas- duża). Występuje w jajniku słupka, który poprzedza megasporogeneza, w wyniku czego powstają cztery megaspory z komórki macierzystej megaspory leżącej w jądrze przez podział mejotyczny. Jedna z megaspor dzieli się mitotycznie trzykrotnie, dając początek żeńskiemu gametofitowi, woreczkowi embrionalnemu z ośmioma jądrami. Wraz z późniejszą izolacją cytoplazm komórek potomnych jedna z powstałych komórek staje się jajkiem, po bokach których leżą tak zwane synergidy, na przeciwległym końcu woreczka zarodkowego tworzą się trzy antypody, a pośrodku , w wyniku fuzji dwóch jąder haploidalnych powstaje diploidalna komórka centralna.

Rozwój komórek rozrodczych u zwierząt. U zwierząt rozróżnia się dwa procesy powstawania komórek rozrodczych - spermatogenezę i oogenezę.

spermatogeneza(z greckiego. plemniki, plemniki- nasiona i geneza- pochodzenie, występowanie) to proces powstawania dojrzałych męskich komórek rozrodczych - plemników. U ludzi występuje w jądrach lub jądrach i dzieli się na cztery okresy: reprodukcję, wzrost, dojrzewanie i formację.

W gody pierwotne komórki rozrodcze dzielą się mitotycznie, co prowadzi do powstania diploidu spermatogonia. W okres wzrostu spermatogonia gromadzą składniki odżywcze w cytoplazmie, powiększają się i zamieniają w pierwotne spermatocyty, lub spermatocyty I rzędu. Dopiero potem wchodzą w mejozy ( okres dojrzewania), co najpierw daje wynik dwójki wtórny spermatocyt, lub spermatocyt II rzędu, a następnie - cztery komórki haploidalne z dość dużą ilością cytoplazmy - plemniki. W okres formacji tracą prawie całą cytoplazmę i tworzą wić, zamieniając się w plemniki.

plemniki, lub żelki, - bardzo małe ruchome męskie komórki płciowe z głową, szyją i ogonem.

W głowa, z wyjątkiem rdzenia, jest akrosom- zmodyfikowany kompleks Golgiego, który zapewnia rozpuszczenie błon jaja podczas zapłodnienia. W szyja istnieją centriole centrum komórki i podstawa koński ogon tworzą mikrotubule, które bezpośrednio wspierają ruch plemnika. Zawiera również mitochondria, które dostarczają plemnikom energii ATP do ruchu.

Owogeneza(z greckiego. ONZ- jajko i geneza- pochodzenie, występowanie) to proces powstawania dojrzałych żeńskich komórek rozrodczych - jaj. U ludzi występuje w jajnikach i składa się z trzech okresów: reprodukcji, wzrostu i dojrzewania. Okresy reprodukcji i wzrostu, podobne do tych w spermatogenezie, występują nawet podczas rozwoju wewnątrzmacicznego. Jednocześnie z pierwotnych komórek zarodkowych w wyniku mitozy powstają komórki diploidalne. oogonia, które następnie zamieniają się w diploidalne pierwotne oocyty, lub oocyty I rzędu. Mejoza i późniejsza cytokineza występująca w okres dojrzewania, charakteryzują się nierównomiernym podziałem cytoplazmy komórki macierzystej, dzięki czemu w pierwszej kolejności uzyskuje się oocyt wtórny, lub oocyt drugiego rzędu, oraz pierwsze ciało polarne, a następnie z wtórnego oocytu - jaja, które zachowuje całą podaż składników odżywczych, oraz drugiego ciała polarnego, podczas gdy pierwsze ciało polarne dzieli się na dwa. Ciała polarne zabierają nadmiar materiału genetycznego.

U ludzi jaja są produkowane w odstępie 28-29 dni. Cykl związany z dojrzewaniem i uwalnianiem jajeczek nazywany jest cyklem menstruacyjnym.

jajko- duża żeńska komórka rozrodcza, która niesie nie tylko haploidalny zestaw chromosomów, ale także znaczną podaż składników odżywczych do dalszego rozwoju zarodka.

Jajo ssaków pokryte jest czterema błonami, które zmniejszają prawdopodobieństwo jego uszkodzenia przez różne czynniki. Średnica jaja u ludzi sięga 150-200 mikronów, podczas gdy u strusia może to być kilka centymetrów.

Podział komórek jest podstawą wzrostu, rozwoju i reprodukcji organizmów. Rola mitozy i mejozy

Jeśli w organizmach jednokomórkowych podział komórek prowadzi do wzrostu liczby osobników, czyli reprodukcji, to w organizmach wielokomórkowych proces ten może mieć inne znaczenie. Tak więc podział komórek embrionu, począwszy od zygoty, jest biologiczną podstawą powiązanych ze sobą procesów wzrostu i rozwoju. Podobne zmiany obserwuje się u osoby w okresie dojrzewania, kiedy liczba komórek nie tylko wzrasta, ale także następuje jakościowa zmiana w ciele. Rozmnażanie organizmów wielokomórkowych opiera się również na podziale komórek, na przykład podczas rozmnażania bezpłciowego, dzięki temu procesowi całe ciało zostaje przywrócone z części ciała, a podczas rozmnażania płciowego podczas gametogenezy powstają komórki rozrodcze, co następnie daje nowy organizm. Należy zauważyć, że główne metody podziału komórek eukariotycznych – mitoza i mejoza – mają różne znaczenie w cyklach życiowych organizmów.

W wyniku mitozy dochodzi do równomiernego rozmieszczenia materiału dziedzicznego pomiędzy komórkami potomnymi – dokładnymi kopiami matki. Bez mitozy istnienie i rozwój organizmów wielokomórkowych rozwijających się z pojedynczej komórki, zygoty, byłoby niemożliwe, ponieważ wszystkie komórki takich organizmów muszą zawierać tę samą informację genetyczną.

W procesie podziału komórki potomne stają się coraz bardziej zróżnicowane pod względem struktury i funkcji, co wiąże się z aktywacją w nich nowych grup genów w wyniku interakcji międzykomórkowych. Tak więc mitoza jest niezbędna do rozwoju organizmu.

Ta metoda podziału komórek jest niezbędna do procesów rozmnażania bezpłciowego i regeneracji (odzyskiwania) uszkodzonych tkanek, a także narządów.

Z kolei mejoza zapewnia stałość kariotypu podczas rozmnażania płciowego, gdyż przed rozmnażaniem płciowym redukuje o połowę zestaw chromosomów, który jest następnie przywracany w wyniku zapłodnienia. Ponadto mejoza prowadzi do pojawienia się nowych kombinacji genów rodzicielskich w wyniku krzyżowania się i losowej kombinacji chromosomów w komórkach potomnych. Dzięki temu potomstwo jest zróżnicowane genetycznie, co zapewnia materiał do naturalna selekcja i jest materialną podstawą ewolucji. Zmiana liczby, kształtu i wielkości chromosomów z jednej strony może prowadzić do pojawienia się różnych odchyleń w rozwoju organizmu, a nawet jego śmierci, a z drugiej strony może prowadzić do pojawienia się osobników bardziej dostosowane do środowiska.

Tak więc komórka jest jednostką wzrostu, rozwoju i reprodukcji organizmów.

Trzecim etapem ewolucji jest pojawienie się komórki.
Cząsteczki białek i kwasów nukleinowych (DNA i RNA) tworzą komórkę biologiczną, najmniejszą jednostkę życia. Komórki biologiczne są „cegiełkami” wszystkich żywych organizmów i zawierają wszystkie materialne kody rozwoju.
Przez długi czas naukowcy uważali budowę komórki za niezwykle prostą. Radziecki słownik encyklopedyczny interpretuje pojęcie komórki w następujący sposób: „Komórka to elementarny system życia, podstawa struktury i życia wszystkich zwierząt i roślin”. Należy zauważyć, że termin „elementarny” w żadnym wypadku nie oznacza „prosty”, wręcz przeciwnie, komórka jest wyjątkowym fraktalnym tworem Boga, uderzającym swoją złożonością, a jednocześnie wyjątkową spójnością dzieła wszystkich jego elementów.
Kiedy udało nam się zajrzeć do środka za pomocą mikroskopu elektronowego, okazało się, że urządzenie najprostszej komórki jest równie złożone i niezrozumiałe jak sam Wszechświat. Dziś już ustalono, że „Komórka jest szczególną materią Wszechświata, szczególną materią Kosmosu”. Jedna komórka zawiera informacje, które można umieścić w zaledwie kilkudziesięciu tysiącach tomów Wielkiej Encyklopedii Radzieckiej. Tych. komórka to między innymi ogromny „biozbiornik” informacji.
Autor współczesna teoria ewolucja molekularna Manfred Eigen pisze: „Aby cząsteczka białka powstała przypadkowo, natura musiałaby wykonać około 10130 prób i wydać na to taką liczbę cząsteczek, która wystarczyłaby na 1027 Wszechświatów. czyli w taki sposób, aby ważność każdego ruchu mogła być sprawdzona przez jakiś mechanizm selekcji, zajęło to tylko około 2000 prób. Dochodzimy do paradoksalnego wniosku: program budowy „prymitywnej żywej komórki” jest zakodowany gdzieś na poziom cząstek elementarnych ”.
A jak mogłoby być inaczej. Każda komórka, posiadająca DNA, jest obdarzona świadomością, jest świadoma siebie i innych komórek, jest w kontakcie ze Wszechświatem, będąc w istocie jego częścią. I chociaż liczba i różnorodność komórek w ludzkim ciele jest niesamowita (około 70 bilionów), wszystkie są do siebie podobne, tak jak wszystkie procesy zachodzące w komórkach są do siebie podobne. Według słów niemieckiego naukowca Rolanda Glasera, konstrukcja komórek biologicznych jest „bardzo przemyślana”. Kto jest dobrze przemyślany?
Odpowiedź jest prosta: białka, kwasy nukleinowe, żywe komórki i wszystkie układy biologiczne są wytworem twórczej aktywności intelektualnego Stwórcy.

Co ciekawe: na poziomie atomowym różnice między skład chemiczny nie ma świata organicznego ani nieorganicznego. Innymi słowy, na poziomie atomu komórka składa się z tych samych elementów, co przyroda nieożywiona. Różnice znajdują się na poziomie molekularnym. W żywych ciałach, wraz z substancje nieorganiczne woda zawiera również białka, węglowodany, tłuszcze, kwasy nukleinowe, enzym syntazę ATP i inne związki organiczne o małej masie cząsteczkowej.
Do tej pory komórka została dosłownie rozebrana na atomy w celach badawczych. Utwórz jednak co najmniej jeden żywa komórka to się nigdy nie udaje, ponieważ stworzenie komórki oznacza stworzenie cząstki żywego Wszechświata. Akademik V.P. Kaznacheev uważa, że ​​„komórka jest organizmem kosmoplanetarnym… Komórki ludzkie to pewne układy biozderzaczy eterowo-skrętnych. W tych biozderzaczach zachodzą nieznane nam procesy, następuje materializacja kosmicznych form przepływów, ich kosmiczna transformacja i dzięki temu cząstki materializują się”.
Woda.
Prawie 80% masy komórek to woda. Według doktora biologii S. Zenina woda, dzięki swojej strukturze klastrowej, jest matrycą informacyjną do zarządzania procesami biochemicznymi. Ponadto to woda jest głównym „celem”, z którym oddziałują oscylacje częstotliwości dźwięku. Uporządkowanie wody komórkowej jest tak wysokie (zbliżone do uporządkowania kryształu), że nazywa się ją ciekłym kryształem.
Wiewiórki.
Białka odgrywają ważną rolę w życiu biologicznym. Komórka zawiera kilka tysięcy białek, które są unikalne dla tego typu komórek (z wyjątkiem komórek macierzystych). Zdolność do syntezy własnych białek jest dziedziczona z komórki na komórkę i utrzymuje się przez całe życie. W trakcie życia komórki białka stopniowo zmieniają swoją strukturę, ich funkcja jest zaburzona. Te zużyte białka są usuwane z komórki i zastępowane nowymi, dzięki czemu zachowana jest żywotna aktywność komórki.
Przede wszystkim zwracamy uwagę na funkcję budulcową białek, ponieważ są one budulcem, z którego składają się błony komórkowe i organelle komórkowe, ściany naczyń krwionośnych, ścięgna, chrząstki itp.
Funkcja sygnalizacyjna białek jest niezwykle interesująca. Okazuje się, że białka mogą pełnić funkcję substancji sygnalizacyjnych, przenoszących sygnały między tkankami, komórkami czy organizmami. Funkcję sygnalizacyjną pełnią białka hormonalne. Komórki mogą komunikować się ze sobą na odległość za pomocą białek sygnałowych przekazywanych przez substancję międzykomórkową.
Białka pełnią również funkcję motoryczną. Wszystkie rodzaje ruchu, do których zdolne są komórki, takie jak skurcze mięśni, są wykonywane przez specjalne białka kurczliwe. Białka pełnią również funkcję transportową. Są w stanie przyczepiać różne substancje i przenosić je z jednego miejsca w komórce do drugiego. Na przykład hemoglobina białkowa krwi przyłącza tlen i przenosi go do wszystkich tkanek i narządów ciała. Ponadto białka pełnią również funkcję ochronną. Kiedy obce białka lub komórki są wprowadzane do organizmu, powstają w nim specjalne białka, które wiążą i neutralizują obce komórki i substancje. I wreszcie funkcja energetyczna białek polega na tym, że przy całkowitym rozpadzie 1 g białka uwalniana jest energia w ilości 17,6 kJ.

Struktura komórkowa.
Komórka składa się z trzech nierozerwalnie połączonych części: błony, cytoplazmy i jądra, a budowa i funkcja jądra w różnych okresach życia komórki są różne. Na życie komórki składają się dwa okresy: podział, w wyniku którego powstają dwie komórki potomne, oraz okres między podziałami, zwany interfazą.
Błona komórkowa bezpośrednio oddziałuje ze środowiskiem zewnętrznym i oddziałuje z sąsiednimi komórkami. Składa się z warstwy zewnętrznej i znajdującej się pod nią błony plazmatycznej. Warstwa powierzchniowa komórek zwierzęcych nazywana jest glikokaliami. Łączy komórki ze środowiskiem zewnętrznym i wszystkimi otaczającymi je substancjami. Jego grubość jest mniejsza niż 1 mikron.

Struktura komórkowa
Błona komórkowa jest bardzo ważną częścią komórki. Łączy wszystkie składniki komórkowe i ogranicza środowisko zewnętrzne i wewnętrzne.
Między komórkami a środowiskiem zewnętrznym zachodzi ciągła wymiana substancji. Woda, różne sole w postaci pojedynczych jonów, cząsteczki nieorganiczne i organiczne dostają się do komórki ze środowiska zewnętrznego. Produkty metabolizmu, a także substancje syntetyzowane w komórce: białka, węglowodany, hormony, które są wytwarzane w komórkach różnych gruczołów, są wydalane do środowiska zewnętrznego przez błonę komórki. Transport substancji jest jedną z głównych funkcji błony plazmatycznej.
Cytoplazma- wewnętrzne półpłynne medium, w którym zachodzą główne procesy metaboliczne. Ostatnie badania wykazały, że cytoplazma nie jest rodzajem roztworu, którego składniki oddziałują ze sobą w przypadkowych zderzeniach. Można go porównać do galaretki, która zaczyna „drżeć” w odpowiedzi na wpływy zewnętrzne. W ten sposób cytoplazma odbiera i przekazuje informacje.
Jądro i różne organelle znajdują się w cytoplazmie, które są przez nią połączone w jedną całość, co zapewnia ich interakcję i aktywność komórki jako jednego integralnego układu. Jądro znajduje się w centralnej części cytoplazmy. Cała wewnętrzna strefa cytoplazmy jest wypełniona siateczką endoplazmatyczną, która jest organoidem komórkowym: układem kanalików, pęcherzyków i „cystern” ograniczonych błonami. Retikulum endoplazmatyczne bierze udział w procesach metabolicznych, zapewniając transport substancji ze środowiska do cytoplazmy oraz pomiędzy poszczególnymi strukturami wewnątrzkomórkowymi, ale jego główną funkcją jest udział w syntezie białek, która odbywa się w rybosomach. - mikroskopijne ciałka o okrągłym kształcie o średnicy 15-20 nm. Zsyntetyzowane białka są najpierw gromadzone w kanałach i jamach retikulum endoplazmatycznego, a następnie transportowane do organelli i miejsc komórkowych, gdzie są konsumowane.
Oprócz białek cytoplazma zawiera również mitochondria, małe ciała o wielkości 0,2-7 mikrona, które nazywane są „elektrowniami” komórek. Reakcje redoks zachodzą w mitochondriach, dostarczając komórkom energii. Liczba mitochondriów w jednej komórce waha się od kilku do kilku tysięcy.
Jądro- żywotna część komórki, kontroluje syntezę białek, a za ich pośrednictwem wszystkie procesy fizjologiczne w komórce. W jądrze niedzielącej się komórki rozróżnia się błonę jądrową, sok jądrowy, jąderko i chromosomy. Przez otoczkę jądrową zachodzi ciągła wymiana substancji między jądrem a cytoplazmą. Pod otoczką jądrową - sok jądrowy (substancja półpłynna), który zawiera jąderko i chromosomy. Jąderko jest gęstym, zaokrąglonym ciałem, którego wymiary mogą się znacznie różnić, od 1 do 10 mikronów i więcej. Składa się głównie z rybonukleoprotein; uczestniczy w tworzeniu rybosomów. Zwykle w komórce znajduje się 1-3 jąderek, czasem nawet kilkaset. Jąderko składa się z RNA i białka.
Wraz z nadejściem komórki na Ziemi powstało Życie!

Ciąg dalszy nastąpi...

„Metody nauczania biologii” - Szkoła zoologii. Zapoznanie studentów z wykorzystaniem naukowych danych zoologicznych. Edukacja moralna. Dodatkowe poświęcenie kurnika. Wybór metod. Procesy życiowe. Ryby akwariowe. Żywność. Edukacja ekologiczna. Materialność procesów życiowych. Wyniki negatywne. Uwaga studentów. Forma obowiązkowa. Patrząc na małe zwierzęta. Cele i zadania biologii. Fabuła.

„Nauka problemowa na lekcjach biologii” – Wiedza. Nowe podręczniki. Droga do rozwiązania. Problem. Seminaria. Co to jest zadanie. Albrechta Durera. Uczenie problemowe na lekcjach biologii. Lekcje niestandardowe. Co rozumie się przez uczenie oparte na problemach. Jakość życia. Biologia jako przedmiot. Pytanie. Lekcja rozwiązywania problemów. Zmniejszone zainteresowanie tematem. Zajęcia problemowo-laboratoryjne.

"Myślenie krytyczne na lekcjach biologii" - Technologia "myślenia krytycznego". Wykorzystanie technologii „rozwoju krytycznego myślenia”. Stół do lekcji. Motywacja do nauki. Ekosystemy. Znaczenie „rozwoju krytycznego myślenia”. Cechy technologiczne. Technologia RKM. Struktura lekcji. Główne kierunki. Historia techniki. Technologie pedagogiczne. zasady technologii. Zadania biologiczne. Fotosynteza. Techniki stosowane na różnych etapach lekcji.

„Lekcje biologii z tablicą interaktywną” – Podręczniki elektroniczne. Korzyści dla studentów. Tablica interaktywna pomaga przekazać informacje każdemu uczniowi. zadania dydaktyczne. Rozwiązywanie problemów biologicznych. Korzyści z pracy z tablicami interaktywnymi. Praca prezentacyjna. Pracuj nad porównywaniem obiektów. Poruszające się obiekty. Korzystanie z arkuszy kalkulacyjnych. Wykorzystanie tablicy interaktywnej w procesie nauczania uczniów. Korzyści dla nauczycieli.

"Podejście systemowo-aktywne w biologii" - Pytania seminarium. metoda działania. Dryopitek. Pozaziemski sposób pochodzenia ludzkiego. Lizosomy. Organizacja chemiczna. Nagonasienne. Metabolizm. Analizatory. Podejście systemowo-aktywne w nauczaniu biologii. Chromosomy. Cytoplazma. Ślepota. Długość ucha. Klasyfikacja człowieka. Szkielet ssaka. Drogi ewolucji człowieka. Mitoza. kompleks powierzchni. problemowe pytanie. Jądro. Pocisk jądrowy.

„Komputer o biologii” - Wspólne działania studentów. Rodziny okrytozalążkowych. Interaktywna nauka. modele uczenia się. Przykład systemu oceniania. Pytania dotyczące karty instrukcji. Przykładowa karta instruktażowa. Naukowcy. Mikrogrupy. Technologia interaktywne uczenie się. Karuzela. Interaktywne technologie uczenia się. Interaktywne podejścia na lekcjach biologii. Grupowa forma pracy. Zadania dla grup „badaczy”.